Étudiante au doctorat en ingénierie, Najmeh Seifaddini a effectué sa soutenance de thèse aujourd’hui 24 février 2025. Sous la direction et codirection de recherche de Issouf Fofana, Abdellah Chehri (Collège militaire royal du Canada) et Mohand Ouhrouche et la direction de programme de Duygu Kocaefe, sa thèse avait pour titre «Development of optical techniques for power transformers solid insulation and mechanical conditions monitoring».
Sous la présidence de Christophe Volat, le jury d’évaluation était composé de Luc Loiselle (TetraTech) et Youssouf Brahami (UQAC).
Résumé de la thèse
Les transformateurs sont des composants cruciaux des systèmes de distribution et de transmission d’électricité, essentiels pour garantir une alimentation électrique fiable et économique. Maintenir les transformateurs en condition optimale tout au long de leur durée de vie est crucial, car la dégradation de leurs systèmes d’isolation est une cause majeure de pannes et d’explosions. Le système d’isolation principal d’un transformateur, composé de matériaux à base de cellulose et d’huile, subit des contraintes thermiques, électriques, mécaniques et chimiques pendant son fonctionnement. Par conséquent, la protection de cet équipement vital pour assurer la fiabilité et la stabilité du réseau dépend de l’état du système d’isolation du transformateur, nécessitant des outils d’évaluation fiables en cours de fonctionnement.
Les transformateurs de puissance fonctionnent généralement sans interruption pendant des décennies. Traditionnellement, les planificateurs de maintenance ont compté sur la protection physique des transformateurs et une maintenance minimale utilisant des techniques conventionnelles. Cependant, les exigences modernes en matière de charge, de qualité de l’énergie, de considérations environnementales et d’objectifs de gestion d’entreprise pour la maintenance des équipements ont conduit à l’adoption de systèmes de surveillance et d’évaluation en ligne complets. Étant donné les coûts élevés et la planification à long terme nécessaires pour l’achat et le remplacement des transformateurs, les stratégies visant à prolonger leur durée de vie représentent des investissements à long terme précieux.
La complexité de la conception, de la construction, du fonctionnement et des facteurs environnementaux des transformateurs de puissance rend l’évaluation de leur état difficile. Une méthode émergente et populaire pour surveiller le papier d’isolation et l’huile du transformateur est l’utilisation de capteurs à fibre optique. Ces capteurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur capacité à s’intégrer aux technologies avancées, entraînant une réduction des coûts de conception, une immunité aux champs magnétiques et électriques parasites, et une portabilité technique améliorée.
L’évaluation de l’état de l’isolation solide dans les transformateurs de puissance en fonctionnement est compliquée en raison de son inaccessibilité. Des méthodes indirectes, elles que l’analyse des traceurs chimiques issus de la dégradation de la cellulose, sont explorées pour relever ce défi. Cependant, un inconvénient majeur de ces traceurs est la perte d’informations lorsque l’huile du transformateur est régénérée ou recyclée. Le papier imprégné a gagné en reconnaissance en tant que matériau d’isolation dans l’industrie électrique en raison de sa résistance diélectrique exceptionnelle et de sa faible perte diélectrique. Les papiers et cartons isolants à base de cellulose pure démontrent une grande capacité d’absorption de l’huile, ce qui améliore considérablement leurs propriétés isolantes. Le système d’isolation d’un transformateur vieillit en raison des conditions opérationnelles, avec des contraintes thermiques, électriques et chimiques provoquant des changements irréversibles dans ses propriétés. Ces matériaux d’isolation solide sont également facilement malléables et peuvent être enroulés autour des enroulements, permettant la personnalisation des dimensions selon les besoins. La performance fiable des transformateurs de haute puissance dépend des caractéristiques électriques et mécaniques des matériaux d’isolation utilisés dans les enroulements. La plupart des défauts des enroulements sont liés à la défaillance de ces matériaux isolants.
Les enroulements, étant des composants sensibles, sont sujets à la déformation due aux contraintes mécaniques lors du transport ou de l’installation, ainsi qu’aux contraintes thermiques et électriques. Une réduction de la pression de serrage du noyau peut augmenter le déplacement de la vibration des enroulements, indiquant des problèmes mécaniques potentiels au sein du transformateur. Une vibration excessive peut provoquer une fatigue mécanique, compromettant l’intégrité du papier isolant et entraînant la production de gaz dissous et de décharges partielles, ce qui accélère le processus de vieillissement du transformateur.
La technologie de détection par fibre optique (OFS) est un outil puissant utilisé dans divers domaines, notamment l’ingénierie de l’énergie, les applications de santé, les applications automobiles, la mesure de la déflexion des ponts, la surveillance des structures en béton et la détection des vibrations. Dans de nombreuses applications avancées, où la miniaturisation, la sensibilité et la mesure à distance sont essentielles, les techniques de détection basées sur la fibre optique offrent des solutions innovantes. Par exemple, les capteurs à réseau de Bragg sur fibre (FBG) peuvent détecter des paramètres spécifiques tels que la température, la pression, les vibrations, l’humidité et la concentration de gaz chimiques.
Cette recherche aborde spécifiquement la préparation des échantillons et la mesure des spectres de réflectance. Les résultats et discussions sont présentés en mettant l’accent sur le degré de polymérisation et le spectre de réflectance, soutenus par des analyses statistiques et se concluant par une intégration des conclusions. De plus, l’impact des enroulements défectueux sur les vibrations a été analysé. Cette section comprend des tests en laboratoire et des discussions approfondies sur la corrélation entre les enroulements défectueux et les vibrations, en tenant compte des positions des capteurs et d’une étude comparative de différentes configurations. La technologie émergente des capteurs optiques offre des mesures précises qui peuvent servir d’outils de diagnostic pour prédire et prévenir les défaillances des systèmes d’isolation dans les transformateurs de puissance.
Félicitations à Najmeh Seifaddini pour la soutenance de sa thèse de doctorat!
