Mod Lisation Et Simulation De La D Charge D Arc Lectrique Dans Un Fusible Moyenne Tension

Modélisation et simulation de la décharge d'arc électrique dans un fusible moyenne tension

Ce travail traite de la modélisation et de la simulation des mécanismes de transfert d'énergie depuis la colonne d'arc en direction du milieu poreux, intervenant dans les fusibles moyenne tension. Notre travail a consisté d'une part à concevoir un modèle d'écoulement d'un gaz compressible en milieu poreux, considérant l'aspect mécanique puis thermique du phénomène, afin de caractériser l'action du sable de silice employé dans les fusibles. L'interaction mécanique de la détente du plasma avec le sable de silice est représentée par les lois de Darcy et de Forchheimer où les coefficients géométriques intervenant dans les forces de freinage sont déterminés par l'expérience. La source d'énergie électrique est représentée par une courbe de puissance électrique et les transferts thermiques entre le plasma et le sable de silice sont évalués par une loi empirique qui dépend des caractéristiques du plasma et du milieu poreux. L'apport de matière vapeur est évalué par une loi empirique liée à l'énergie injectée dans le fusible. Ce modèle permet d'estimer une première approximation des grandeurs physiques (pression, température...) et de la phénoménologie de la coupure. D'autre part, dans l'optique de mieux maîtriser le processus de vaporisation et d'introduire une modélisation de la recondensation des vapeurs de silice, ainsi que d'évaluer les échanges thermiques entre les grains de silice et le plasma, nous avons introduit un modèle thermique à l'échelle des grains de sable. Cette approche microscopique permet de déterminer l'évolution de la température au sein d'un grain et d'évaluer les échanges massiques. Le modèle d'écoulement est basé sur les équations d'Euler à deux espèces et le couplage de ces deux modèles s'effectue au niveau des termes source. Nous obtenons des ordres de grandeurs réalistes de la pression et de la température ainsi que des zones de vaporisation et de recondensation des vapeurs de silice au sein du fusible

Bulletin signalétique

Modélisation et simulation de la phase post-arc d'un disjoncteur sous vide

Les disjoncteurs sous vide utilisent les propriétés diélectriques du vide afin d'interrompre un courant de défaut (plusieurs dizaines de kA) dans des réseaux de distribution électrique moyenne tension (1 à 52 kV). L'inconvénient majeur de cette technologie est le risque d'échec de coupure (re-claquage) pendant la phase post-arc. La thèse avait pour objectifs d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques intervenant lors de la phase post-arc et d'isoler les mécanismes susceptibles de mener à un échec de la coupure du courant dans le disjoncteur. Le premier chapitre rappelle les enjeux et l'état de l'art de la modélisation de la phase post-arc. Il permet de justifier le développement d'un modèle original de la phase post-arc prenant en compte le comportement du plasma et des vapeurs métalliques évaporés soumis à une forte tension. Les quatre chapitres suivants exposent les quatre étapes de développement du modèle post-arc dans une géométrie 2D-cylindrique: 1) modèle non-collisionnel de croissance de gaine et d'érosion du plasma, 2) modèle d'évaporation sous vide, 3) interaction plasma/vapeurs métalliques et 4) estimation du risque de claquage. Enfin le dernier chapitre est l'occasion de revenir au problème industriel et expose les résultats de simulations dans des conditions proches de la réalité