Thèse industrielle : Evaluation de la durée de vie des transformateurs par la modélisation du vieillissement du papier
En collaboration avec le laboratoire de génie des procédés papetiers et Enedis, EDF R&D recrute un.e doctorant.e pour travailler sur la modélisation du vieillissement de la barrière isolante cellulosique au cœur des transformateurs de distribution.
Les transformateurs de distribution sont des composants clés de l’exploitation des réseaux électriques, qui transforment les moyennes tensions (entre 15 000 et 30 000 volts) en basses tensions (230 volts), pour permettre l’alimentation en courant du réseau domestique de distribution. De par leur position en bout de chaîne, ces équipements sont très nombreux sur le réseau. Ils sont donc fabriqués en série et leur production relève d’un secteur industriel hautement concurrentiel où les améliorations techniques et les optimisations sont constamment recherchées.
Dans certains types de transformateurs, l’intégrité structurelle et l’isolation des constituants conducteurs sont assurées par une barrière faite de couches de papier superposées et imprégnées d’huile. Cette barrière doit garantir une bonne tenue en température et contribuer à la protection diélectrique des enroulements basse et haute tension au cœur du fonctionnement du transformateur. Son vieillissement et la perte de son efficacité constitue l’une des limites principales à la durée de vie du transformateur.
Aujourd’hui, le diagnostique de l’intégrité de la barrière isolante se fait par le dosage de certains composés traceurs émis par le papier et qui diffusent dans l’huile lors du fonctionnement du système, indiquant son vieillissement. Si cette méthode donne une relative satisfaction lorsque la barrière isolante est constituée du traditionnel papier Kraft, de récentes observations montrent qu’elle est très imprécise voire totalement inadaptée à d’autres types de papiers actuellement à l’étude pour l’amélioration des performances des transformateurs.
Lois de vieillissement des papiers : comment évaluer la durée de vie des transformateurs de distribution ?
La branche recherche et développement d'EDF, en collaboration avec Enedis, souhaite établir une loi de vieillissement thermomécanique afin de pouvoir modéliser le vieillissement de ces nouveaux papiers sans devoir passer par des analyses de la composition des huiles. Cette loi devra intégrer une modélisation plus large et globale du transformateur.
Afin de reproduire les contraintes thermomécaniques subies par le matériau au sein du transformateur et établir la loi de vieillissement du papier, le ou la candidat.e sera amené.e à réaliser un dispositif expérimental inédit, imaginé par EDF, qui permettra de reproduire le chargement sinusoïdal oscillant des forces de Laplace induites par le champ magnétique au sein du transformateur.
Durant la thèse, le ou la candidat.e aura également en charge la mise en place d’une modélisation de type « arbre de défaillances dynamiques ». L’intérêt de cette approche est de proposer une chaîne de modélisation du vieillissement qui pourra être appliquée et transposée à tout type de matériau ou de sollicitation. Elle permettra d’évaluer les marges de durée de vie résiduelle sur la base de scenarii d’exploitation prédéfinis, prenant en compte les profils de charge et les variations de température, qui sont les deux facteurs d’influence prédominants du vieillissement des transformateurs.
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