Modélisation et simulation du transport des charges d’espace dans un polyéthylène basse densité soumis à champ électrique continue

Abstract

Résumé Cette mémoire s’inscrit dans le cadre général des études de modélisation des propriétés des matériaux organiques solides utilisés dans l’industrie électrique et électronique. Un intérêt particulier a été porté au LDPE, qui est largement utilisé dans le câble électrique haut tension. Le polyéthylène est un matériau utilisé dans l’isolation électrique grâce à ces excellentes propriétés électriques, thermiques et mécaniques par rapport aux techniques traditionnelles à base de papier imprégné : les liaisons réalisées demandent moins de maintenance, il est moins polluant et il est le moins cher parmi les isolants synthétiques. L’inconvénient de l’utilisation de matières synthétiques sous tension appliquée est l'accumulation de charge à l’intérieur du diélectrique, due à l'injection à l'interface et / ou le processus de génération interne. Cette accumulation de charge peut induire une distorsion du champ interne, ce qui peut provoquer la dégradation de l'isolation et le vieillissement du matériau, ce qui peut conduire à la rupture diélectrique de l'isolant. Des études sont donc nécessaires pour comprendre cette accumulation de charges et les mécanismes par lesquels l’isolant est affecté, afin de développer des stratégies d’amélioration des matériaux. Donc nous présentons un modèle bipolaire de transport de charges qui constitué d'injection de charge, transport, piégeage, dépiégeage et le phénomène de recombinaison. Les résultats numériques fournissent les distributions spatio-temporelles des densités de charges ainsi que le champ électrique, taux de recombinaison et l’évolution du courant externe Abstract This thesis is a part of the general framework of modeling studies of the properties of solid organic materials used in the electrical and electronic industry. Particular attention has been paid to HDPE, which is widely used in high voltage electric cable. Polyethylene is a material used in electrical insulation thanks to its excellent electrical, thermal and mechanical properties compared to traditional techniques based on impregnated paper: the connections made require less maintenance, it is less pollutions and it is the cheapest. Among synthetic insulators. The downside of using synthetics under applied voltage is the build-up of charge inside the dielectric, due to interface injection and / or the internal generation process. This charge build-up can induce a distortion of the internal field, which can cause degradation of the insulation and aging of the material, which can lead to dielectric breakdown of the insulation. Studies are therefore needed to understand this accumulation of charges and the mechanisms by which the insulation is affected, in order to develop strategies for improving materials. So we present a bipolar charge transport model which consists of charge injection, transport, trapping, de-trapping and the phenomenon of recombination. The numerical results provide the spatiotemporal distributions of charge densities as well as the electric field, recombination rate, conduction current and displacement current in the polyethylene volume, and the evolution of the externat current ملخص: فً إطاض زضاستنا نهصه انًصكطة انًتعهقت بسضاست ونًصخت ذصائص انًىاز انعضىٌت انعاظنت انًستعًهت فً انكهطباء انصناعٍت واالنكتطونٍكٍت وقس ذصصنا زضاست بانبىنٍثٍهٍن ينرفض انكثافت انًستعًم بكثطة بانكابالث انكهطبائٍت شاث اندهس انعانً باعتباضه عاظل خٍس وٌتًتع برصائص كهطبائٍت وحطاضٌت ويٍكانٍكٍت أحسن ين انعىاظل انتقهٍسٌت. ين سهبٍاث انبىنٍثٍهٍن ينرفض انكثافت ٌقىو بتدًٍع انشحناث زاذم انعاظل بسب شحن انسطىذ وتىنٍس انشحناث انساذهٍت يًا ٌؤزي إنى تقسو شٍرىذت انعاظل وانهٍاضه عهى هصا األساغ قًنا بسضاست تنقم انشحناث زاذم عاظل بىنٍثٍهٍن ينرفض انكثافت عن ططٌق نًصخت ويحاكاة واذتٍاض نًىشج ثنائً انقطب نتنقم فً انًصعس وانًهبظ بانشحن وانفرىخ وانعىزة ين انفد وإعازة تطكٍب شحناث يع اذتٍاض ناقهٍت يتعهقت بانحقم انكهطبائً. تحصهنا فاننتائح عهى كثافت انشحناث وانحقم انكهطبائً وانتٍاض انراضخً