L'augmentation de la puissance des systèmes électriques mis en jeu dans les systèmes électriques des aéronefs passe par une augmentation de la tension alternative et continue des réseaux de bords. Pour les réseaux continus la problématique décharge partielle bien connue en alternatif n’est pas le problème principal. D'autres phénomènes, comme les charge d'espace, sont à prendre en considération. Cette problématique charge d'espace est d'une acuité particulière pour les isolations des câbles de transport d'énergie HVDC (de plusieurs centaines de kV). Même si les niveaux de tension et de champ de design sont beaucoup plus faibles pour des applications aéronautiques, l'augmentation des bus DC vers le kV et les prospectives pour des bus de 3kV dans le cas d'avions à propulsion électrique font que ces aspects sont à prendre en compte. L'objectif du sujet de thèse proposé est de développer un banc de mesure de distribution de densité de charges d’espace adapté à des produits aéronautiques. La technique adoptée, méthode electro-acoustique (pulsed electro-acoustic – PEA) consiste à générer des impulsions de tension de courte durée (quelques nanosecondes) permettant de modifier l'équilibre électrostatique. La réponse analysée est un signal acoustique renseignant sur la densité, le signe et la position des charges dans l'échantillon, en l'occurrence selon le rayon du câble. La technique développée sera appliquée pour estimer l'évolution de la distribution de champ électrique dans des arrangements multicouches et identifier les régimes de contraintes où ces phénomènes se produisent. Des variantes de la méthode existent déjà pour des câbles HT, présentant une armature semi-conductrice externe. La présence de cette armature permet à la fois d'appliquer les impulsions sonde de tension en exploitant une partie du câble testé comme condensateur de découplage, et de détecter le signal acoustique sur une autre partie. Des adaptations devront être faites pour modifier cette excitation et pour adapter la forme des impulsions et les caractéristiques du détecteur acoustique au type d'échantillons testé (notamment l'épaisseur d'isolation). Par ailleurs, la partie traitement du signal devra être mise en œuvre en prenant en compte le fait que les mesures sont faites sur des multicouches avec des matériaux ayant des propriétés acoustiques et diélectriques différentes, et intégrant le caractère divergent du champ. |
Increasing the power of the electrical systems involved in aircraft electrical systems requires an increase in the AC and DC voltage of the on-board networks. For DC networks, the well-known partial discharge problem in AC is not the main problem. Other phenomena, such as space charge, are to be taken into account. This space charge problem is particularly acute for the insulation of HVDC power cables (several hundred kV). Even if the voltage and design field levels are much lower for aeronautic applications, the increase of DC buses towards kV and the prospects for 3kV buses in the case of electrically propelled aircraft mean that these aspects have to be taken into account. The objective of the proposed thesis topic is to develop a space charge density distribution measurement bench adapted to aeronautical products. The technique adopted, pulsed electro-acoustic method (PEA) consists in generating voltage pulses of short duration (a few nanoseconds) to modify the electrostatic balance. The analyzed response is an acoustic signal giving information on the density, sign and position of charges in the sample, in this case according to the radius of the cable. The technique developed will be applied to estimate the evolution of the electric field distribution in multilayer arrangements and to identify the stress regimes where these phenomena occur. Variations of the method already exist for HV cables with an external semi-conducting armature. The presence of this armature allows both the application of voltage probe pulses using a part of the cable under test as a decoupling capacitor, and the detection of the acoustic signal on another part. Adaptations will have to be made to modify this excitation and to adapt the shape of the pulses and the characteristics of the acoustic detector to the type of samples being tested (in particular the insulation thickness). In addition, the signal processing part will have to be implemented taking into account the fact that the measurements are made on multilayers with materials having different acoustic and dielectric properties, and integrating the divergent nature of the field. |