Contribution à la modélisation et à la simulation ‎du comportement thermique non linéaire des ‎parafoudres à oxyde métallique

Abstract

L'analyse des phénomènes thermiques devient un facteur important pour prédire la durée de vie d’un ‎bloc de parafoudre ZnO. La dégradation et l’emballement thermique de blocs du parafoudre ZnO sont ‎étroitement liés au rapport de la température limite entre la production de chaleur et de dissipation. Dans la ‎littérature, pour garantir la stabilité thermique, il faut éviter le phénomène d’emballement thermique. L'analyse ‎de comportement thermique de parafoudre ZnO telle que présentée dans cette thèse, nécessite une simulation ‎numérique par la méthode des éléments finis (MEF) de couplage des champs électriques et thermiques ‎mutuellement dépendants. Cela comprend une connaissance détaillée des caractéristiques ZnO dépendant du ‎champ et de la température. La principale difficulté pour résoudre ce problème couplé réside cependant dans la ‎forte non-linéarité du matériau de la varistance ZnO. Cette non-linéarité conduit à des constantes de temps ‎électriques extrêmement courtes, alors que les transitoires thermiques sont plus longs de plusieurs ordres. ‎L'approche numérique proposée est appliquée à l'étude des parafoudres ZnO en fonctionnement continu ainsi ‎que sous les surtensions. La procédure de simulation utilise un modèle de parafoudre ZnO à deux dimensions. ‎Le module de transfert thermique de Comsol Multiphysique permet la prise en compte les transferts thermiques. ‎Le système est simulé sur la base électro-quasi statiques du modèle équivalent.‎‏ ‏Les résultats de la simulation ‎sont comparés aux résultats publiés. Pour évaluer la stabilité thermique, la vitesse de refroidissement est ‎présentée comme un indicateur de performance clé. D'après du modèle de simulation évolué, ce résultat peut ‎être confirmé pour le cas des injections d'énergie impulsionnelle. Par conséquent, il peut être démontré qu’en ‎régime permanent, seules les températures sont pertinentes. De plus, il peut être mis en évidence qu'un calcul ‎purement simulatif du comportement électrothermique des parafoudres MO pour les applications HT et THT ‎est possible. A base des connaissances acquises, Les simulations par éléments finis fournissent des informations ‎détaillées sur le modèle électrothermique.‎