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Bayda, Hadi El. Etude du transfert d'énergie entre un arc de court-circuit et son environnement : application à l'Arc Tracking

Bayda, Hadi El (2012). Etude du transfert d'énergie entre un arc de court-circuit et son environnement : application à l'Arc Tracking.

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Résumé en francais

L'arc tracking est un phénomène d'arc électrique se produisant lors d'un court-circuit, ayant tendance à se propager le long des câbles. Lié à la dégradation des gaines diélectriques, il peut entraîner la coupure de l'alimentation électrique et l'endommagement du milieu environnant, et est particulièrement redouté dans l'aviation. L'augmentation de la puissance électrique et les réductions de poids pour la prochaine génération d'aéronefs va nécessiter l'emploi de tensions plus élevées et le remplacement du cuivre par l'aluminium dans les câbles électriques. Des matériaux composites vont également être utilisés dans la structure. Ces changements peuvent conduire à l'apparition d'un nouveau type d'Arc Tracking, ce qui nécessite une meilleure connaissance de ce phénomène et de son impact. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'énergie transférée dans le cas d'un arc ayant lieu entre deux câbles adjacents dans un toron, en courant continu. Pour cela un dispositif a été développé, permettant de mettre sous tension des échantillons de câble pendant une durée déterminée sous un courant donné. Les mesures électriques sont corrélées à l'observation par imagerie rapide et à l'énergie rayonnée par l'arc mesurée par des fluxmètres. Pour évaluer la dégradation des câbles ceux-ci sont pesés avant et après les essais. A partir de ces mesures, de l'analyse thermodynamique et du calcul des coefficients d'émission nette d'un plasma d'air et de vapeurs métalliques, le bilan d'énergie a été réalisé. Les résultats obtenus montrent que pour les câbles à base du cuivre (DR) et d'aluminium (AD) la quantité d'énergie transférée aux électrodes est d'environ 40 % de l'énergie électrique totale. La quantité d'énergie rayonnée est de 25 à 28 % (jusqu'à 30 % pour les câbles AD) de la quantité d'énergie fournie à la colonne d'arc, la moitié l'étant dans le domaine VUV. Entre 24 et 34 % de l'énergie totale est fournie au plasma et sera perdue par conduction-convection. Dans le cas des câbles en aluminium, une énergie de combustion due à la formation d'oxydes s'ajoute à l'énergie électrique ; l'ablation des câbles est plus forte mais cela conduit paradoxalement à des durées d'arc nettement plus faibles que dans le cas des câbles en cuivre. Un second dispositif a été développé pour étudier le cas d'un arc entre l'extrémité d'un câble et une plaque de matériau composite. Une série d'essais a été réalisée dans le but de caractériser ce type de décharge au moyen de mesures électriques corrélées avec l'imagerie rapide. De plus l'échauffement de la plaque a été mesuré au moyen d'une camera infrarouge. Les résultats montrent que l'élévation de température, liée à l'énergie transférée aux électrodes, est plus rapide avec le câble à base de cuivre. L'élévation de température est trois fois plus importante lorsque la plaque est connectée à l'anode que dans le cas contraire.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Gleizes, Alain
Valensi, Flavien
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Arc Tracking - Plasma thermique - Court-circuit - Câbles aéronautiques - Transfert d'énergie - Coefficient d'émission nette
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :25 Mar 2013 11:07