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L’électrification intelligente au service de la transition énergétique

Smart electrification towards energy transition

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Soutenance de thèse de Francis BOAKYE-MENSAH

Publié le 6 décembre 2021
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9 décembre 2021

Soutenance de thèse de Francis BOAKYE-MENSAH intitulée
"Modélisation numérique des décharges de type streamer pour les applications électrotechniques moyenne tension"

Jeudi 9 Décembre 2021 à 14h30


Amphi Berges
G2Elab - site GreEn-ER
21 avenue des Martyrs
38000 Grenoble


Accès Tram B, arrêt Marie-Louise Paris - CEA

Jeudi 9 Décembre 2021 à 14h30

diplome

diplome

Le jury sera composé de :

M. Olivier EICHWALDT - Professeurà l’Université de Toulouse III - Rapporteur
M. Marley Becerra GARCIA - Maître de Conférence à KTH - Rapporteur
M. Petru NOTINGHER - Professeur à l’Université de Montpellier - Examinateur
M. Ute EBERT - Professeur à Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) - Examinateur
M. Igor TIMOSKIN - Docteur en Sciences à l’Université de Strathclyde - Examinateur
M. Innocent NYONZIMA - Maître de Conférence à l'UGA - Co-encadrant de thèse
Mme Rachelle HANNA - Maître de Conférence à Grenoble INP - Co-encadrante de thèse
Mme Nelly BONIFACI - Chargé de recherche au CNRS - Directrice de thèse

Résumé :

Le SF6, malgré ses excellentes propriétés diélectriques et physiques, reste un gaz à effet de serre avec un Potentiel de Réchauffement Climatique (PRG) de ~23900 sur une durée de 100 ans. Avec l'augmentation des réglementations climatiques et les appels à son remplacement dans les applications électrotechniques, une évaluation appropriée des alternatives possibles telles que l'air comprimé, le CO2, le HFO, etc. devrait être effectuée. Cependant, les méthodes de dimensionnement semi-empiriques utilisées actuellement ne sont pas optimisées pour les alternatives ayant des propriétés diélectriques légèrement inférieures. L'objectif principal de ce travail est de développer un modèle numérique pour comprendre les mécanismes physiques responsables de l'évolution de décharges électriques type streamer dans les différents milieux.
Comme les gaz sont utilisés sous pression dans les applications électrotechniques, il est impératif d'étudier l'influence de leurs pressions sur les décharges dans ces milieux également. Cela a été fait pour l'air, le N2, le CO2 et le SF6 qui sont tous des gaz de différentes électronégativités. L’étude de l’évolution des streamers dans ces différents gaz a été réalisée dans COMSOL™ Multiphysics pour des courtes distances (d ≤ 5 mm) et en utilisant AfivoStreamer pour des distances plus longues (10 mm ≤ d ≤ 50 mm). La distribution du champ électrique, de la vitesse et du diamètre du streamer et de l'effet des électronégativités des gaz sur l’évolution du streamer sont présentées pour une polarité positive dans une géométrie pointe/plan. La vérification et la validation des résultats ont été effectuées à l'aide de résultats expérimentaux utilisant la vitesse et le diamètre du streamer.

Abstract :

SF6, though its excellent dielectric and physical properties is still a greenhouse gas with global warming potential, GWP of ~23,900 over a period of 100 years. With an increase in climate regulations and calls for its replacement in electro-technical applications, proper evaluation of possible alternatives such as compressed air, CO2, HFO etc. ought to be done. However, semi-empirical sizing methods used currently are not optimized for alternatives with slightly lower dielectric properties. The main objective of this work is to develop a numerical model to understand the physical mechanisms responsible for the evolution of the streamer type electrical discharges in different gaseous media.
As gases in electro-technical applications are used under pressure, it is imperative to study the influence of their pressures on the discharges’ evolution in these media as well. This has been done for air, N2, CO2 and SF6 which are all gases of different electronegative levels. The study of streamer discharges in these gases have been done in COMSOL™ Multiphysics for short gaps (d ≤ 5 mm) and in longer gaps (10 mm ≤ d ≤ 50 mm) using AfivoStreamer.  The distribution of electric field, streamer velocity and diameter, and the effect of the electro negativities of the gases on streamer evolution are presented for positive polarity in a point to plane geometry. Verification and validation of the numerical simulation results have been done using experimental results focusing specifically on the streamer velocity and diameter.
 


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mise à jour le 8 décembre 2021

Université Grenoble Alpes