Contribution à l'étude des phénomènes de préclaquage dans les diélectriques liquides -Modèles de génération et de propagation des streamers,

Abstract

This work deals with the pre-breakdown and breakdown phenomena in the liquid dielectrics. It is shown that the initiation of streamers, in a point-plane electrode arrangement, is preceded by the generation of a gaseous phase (bubble) at the point electrode. This bubble results of a current pulse injection into the liquid when the applied voltage reaches a threshold value Us. This latter increases quasi-linearly with the pressure. The addition of a certain concentration of an electronic scavenger compound increases Us ; this indicates that the electronic processes are also present. The analysis of the bubble dynamics shows that two types of deformation of the liquid-bubble interface can occur: (i) an expansion or an implosion and (ii) alternative movements of expansion and/or implosion. According to the disturbance mode of the interface, different types of streamers can be initiated. The dielectric strength of liquid increases when adding a given optimal concentration of electronic scavenger compounds (Iodobenzene or carbon tetrachloride) and/or increasing the pressure. Therefore, while acting on the initiation voltage of streamers, one can improve the dielectric strength of liquid even though the streamer velocity is increased. By increasing the pressure, one can also increase dielectric strength of a liquid. A modeling of streamers by an equivalent electrical network enables to determine the structure of streamers as well as their physical characteristics: currents, electrical charges, power and energy injected, electric fields and potentials at their heads, velocity and mobility of charge carriers within the streamer, local viscosity and temperature. Keywords: Dielectric liquids, pre-breakdown and breakdown, bubble dynamics, streamers, initiation and propagation, dielectric strength, additives and pressure, modeling.Ce travail est dédié aux phénomènes de préclaquage et de claquage dans les diélectriques liquides. Il est montré que dans un système d'électrodes pointe - plan, la génération des streamers est précédée par la formation d'une phase gazeuse (bulle) au voisinage de la pointe, résultant de l'injection d'une impulsion de courant dès que la tension appliquée atteint ou dépasse une certaine valeur seuil Us. Us augmente quasi-linéairement avec la pression. L'addition d'une certaine concentration de composés capteurs d'électrons augmente Us, preuve que les mécanismes électroniques sont également présents. L'analyse de la dynamique de la bulle montre que deux types de déformation de la surface de la bulle sont possibles: (i) une expansion ou une implosion et (ii) des mouvements alternatifs d'expansion et/ou implosion. Selon les modes de perturbation de l'interface, différents types de streamers peuvent prendre naissance. D'autre part, la tension de claquage d'un diélectrique liquide augmente en présence d'une concentration optimale donnée d'additifs capteurs d'électrons (Iodobenzène ou tétrachlorure de carbone). Par conséquent, en agissant sur la tension de génération des streamers, on peut améliorer la tenue diélectrique du liquide même si la vitesse des streamers est augmentée. En augmentant la pression, on peut aussi relever la tenue diélectrique d'un liquide. Une modélisation des streamers par des circuits électriques équivalents et leur résolution par le calcul de réseaux a permis de déterminer la structure des streamers ainsi que leurs paramètres caractéristiques : courants, charges, puissances et énergies injectés, champs électriques et différences de potentiel à leurs têtes, vitesse et mobilité des porteurs de charge dans le streamer, viscosité et température locales