Étude du vieillissement des revêtements anti-effluves des hydro-alternateurs
Les revêtements anti-effluves (RAE) sont des composants essentiels au bon fonctionnement des bobinages préformés des grandes machines tournantes. En effet, les RAE présents à la fin du revêtement semi-conducteur des barres d’alternateurs hydro-électriques servent à contrôler le champ électrique pour éviter l’apparition de décharges couronnes. Une dégradation prématurée a été observée sur certains alternateurs du réseau d’Hydro-Québec lors d’inspection cinq ans après la mise en service. De plus, des décharges couronne ont été observées sur des barres d’alternateurs présentant une problématique de température élevée dans la partie développante. À long terme, cette dégradation peut conduire à des défaillances prématurées des barres et bobines statoriques engendrant des coûts de réparation important et des arrêts de longue durée dans un contexte de demande de puissance croissante. L’étude du vieillissement du RAE s’inscrit dans le cadre du projet du centre de recherche d'Hydro-Québec et fait suite au projet d’identification des outils permettant la détection de la dégradation du RAE.
Ce projet vise à étudier l’évolution des propriétés électriques des RAE modernes (composites époxy/SiC) en fonction du vieillissement et de l’impact de cette évolution sur la distribution du champ électrique dans les parties hors-fer ainsi que sur la densité de courant, et l’échauffement qui en résulte, circulant au niveau des parties hors-fer du bobinage statorique. Le projet impliquera donc une partie expérimentale ainsi qu’une partie simulation numérique multi-physique (électrique et thermique essentiellement). Cette étude ne se limitera pas au comportement à la fréquence de puissance mais également à plus hautes fréquences. Les RAE sont conçus en fonction d’une opération à la fréquence de puissance et semblent mal adaptés à l’exposition des impulsions et des fréquences plus élevées, phénomène en croissance dû à la pénétration des sources d’énergie renouvelable sur le réseau.
En effet, ce type d’excitation même à des densités de courant plus élevées, se concentrant sur quelques centimètres à la jonction des RAE et du revêtement semiconducteur d’encoche, provoquant ainsi une augmentation de plusieurs dizaines de degrés de la température à cet endroit, laquelle augmentation est susceptible d’entraîner un vieillissement accéléré du revêtement. L’augmentation de la température peut être mitigée en diminuant la conductivité du RAE mais cette diminution se fait au détriment de l’augmentation du champ électrique local ce qui augmente les risques d’apparition des décharges partielles. De plus, les fournisseurs de RAE contrôlent assez mal les propriétés électriques exacts de leur ruban dû à la variabilité des propriétés électriques du carbure de silicium provenant de fournisseur dont le marché principal est celui des abrasifs.
Le livrable principal de ce projet consistera en un modèle permettant de prévoir le vieillissement des RAE en fonction des conditions d’utilisation. Ce modèle permettra de prendre en considération l’usure de l’équipement et la planification de la maintenance. Plusieurs articles, à la fois dans des journaux et dans des comptes rendus de conférences, seront produits durant ces travaux.
Connaissances requises
Génie électrique avec de bonnes connaissances en électrotechnique et en fonctionnement des alternateurs