Décharge à l'extrémité des enroulements des moteurs haute tension et traitement anti-corona

I. Causes et dangers des décharges partielles aux extrémités des enroulements

Les extrémités des enroulements des bobines statoriques des moteurs haute tension sont sujettes aux décharges partielles en raison d'une distribution de champ électrique très non uniforme. Lorsque l'intensité du champ électrique dépasse la rigidité diélectrique de l'air (environ 3 kV/mm), une décharge corona se produit, caractérisée par une fluorescence bleue et la génération d'ozone et d'oxydes d'azote. Les principales causes comprennent :

1. Concentration du champ électrique: L'intensité du champ la plus élevée se produit à la sortie de la fente. Une seule bobine peut produire une décharge corona à 4 kV, une décharge glissante à 20 kV et un amorçage à 40 kV.
2. Défauts d'isolation: Les défauts de fabrication ou de fonctionnement tels que les vides, la délamination ou les bavures exacerbent la distorsion du champ électrique.
3. Facteurs environnementaux: Une augmentation de 10 % de l'humidité réduit la tension d'amorçage corona de 10 %, tandis que les contaminants (par exemple, la poussière, l'huile) dégradent les performances de l'isolation gazeuse.

Dangers:

• Les effets thermiques provoquent la carbonisation des matériaux isolants (par exemple, les adhésifs, le mica), entraînant le blanchiment, le desserrage ou les courts-circuits de l'isolation des brins.
• Les vibrations électromagnétiques induisent une décharge d'étincelles dans les espaces des fentes, érodant les surfaces d'isolation.
• Un fonctionnement prolongé permet à la décharge de suivi de pénétrer dans l'isolation principale, entraînant une panne.

II. Principes fondamentaux du traitement anti-corona

Le cœur de la technologie anti-corona réside dans l'uniformisation du champ électrique pour empêcher l'ionisation des gaz, obtenue grâce à :

1. Conception du gradient de résistivité:
   • La résistivité de la couche anti-corona augmente progressivement de la sortie de la fente à l'extrémité de l'enroulement, assurant une décroissance linéaire de la tension et évitant les changements brusques de l'intensité du champ.
   • Des exemples incluent des transitions à trois étapes utilisant des peintures à faible résistance (10³–10⁵ Ω), à résistance moyenne (10⁹–10¹¹ Ω) et à haute résistance, ou des caractéristiques de résistivité non linéaires du carbure de silicium (résistivité plus faible sous une intensité de champ plus élevée).
2. Division capacitive de la tension:
   • Les structures de blindage internes insèrent des électrodes à l'intérieur de l'isolation de la bobine, formant une configuration de type douille pour la division capacitive de la tension.
   • Convient aux moteurs de plus de 24 kV, mais implique des processus complexes et des coûts plus élevés.

III. Principales technologies anti-corona

Les traitements anti-corona sont classés en fonction des niveaux de tension et des applications :

Flux de processus typique (type brossé-enveloppé):

1. Appliquer une peinture semi-conductrice à faible résistance (par exemple, peinture à la résine époxy 5150) sur la partie droite, s'étendant de 25 mm de chaque côté du noyau de fer.
2. Appliquer une peinture semi-conductrice à haute résistance (par exemple, peinture alkyde 5145) sur une plage de 200–250 mm à partir de la sortie de la fente jusqu'à l'extrémité de l'enroulement, se chevauchant de 10–15 mm avec la peinture à faible résistance.
3. Envelopper avec du ruban de verre déparaffiné de 0,1 mm d'épaisseur selon un motif à demi-recouvrement.
4. Appliquer des peintures semi-conductrices supplémentaires à faible et haute résistance sur le ruban de verre pour une protection à plusieurs étapes.

IV. Contrôle des paramètres clés dans le traitement anti-corona

1. Sélection de la résistivité:
   • La résistivité de surface (ρs) de la couche anti-corona doit correspondre à la distribution de la tension : une ρs excessive provoque des gradients de tension raides et une décharge corona prématurée à l'extrémité de départ, tandis qu'une ρs insuffisante conduit à une décharge corona à l'extrémité de fuite.
   • Plage recommandée : 5×10⁹–10⁰ Ω (mono-étape), ≤10⁵ Ω (section à faible résistance), ≥10⁹ Ω (section à haute résistance).
2. Adaptabilité environnementale:
   • La tension d'amorçage corona diminue de 1 % par augmentation de 100 m d'altitude, ce qui nécessite des ajustements de paramètres pour les applications à haute altitude.
   • Les moteurs fonctionnant dans des environnements difficiles (par exemple, forte humidité, pollution) peuvent nécessiter un traitement anti-corona même à 3 kV.
3. Contrôle de la qualité des processus:
   • Les films de peinture doivent être uniformes, continus et lisses avec une forte adhérence pour éviter la concentration du champ due à une épaisseur inégale.
   • Les températures de séchage de la peinture semi-conductrice (par exemple, 180–220 °C pour le déparaffinage) doivent être strictement contrôlées pour éviter la dégradation des performances.

V. Tendances technologiques

1. Matériaux résistifs non linéaires: Les couches anti-corona en carbure de silicium dominent en raison de leur résistivité auto-ajustable, améliorant considérablement les performances.
2. Matériaux nanocomposites: La recherche se concentre sur l'incorporation de nanoparticules (par exemple, SiO₂, TiO₂) dans les peintures anti-corona pour améliorer la résistance à la décharge corona et la résistance mécanique.
3. Surveillance intelligente: L'intégration avec la surveillance en ligne des décharges partielles permet une évaluation en temps réel des conditions de la couche anti-corona pour la maintenance prédictive.