Study of dielectric properties of nanocomposite materials innovative : application to the insulation of electrical generator of the future

Ce travail a pour objectif d'évaluer l'impact de la nanostructuration de résines d'imprégnation, destinées aux isolations statoriques d'alternateur de puissance, sur leurs propriétés électriques et thermiques. La première étape concerne l'étude de résines d'imprégnation aux propriétés physiques supérieures à celles des résines actuellement utilisées. La seconde étape concerne la détermination des caractéristiques de prototypes industriels développés par les sociétés Von Roll et Alstom ; ces prototypes sont composés d'un substrat « ruban » (composé de papier micacé et de tissu de verre) imprégné d'une résine innovante. Les améliorations apportées par les modifications des résines et des rubans permettent d'obtenir, dans le meilleur des cas, des augmentations respectives pouvant aller jusqu'à 14 % pour la rigidité diélectrique, 30 % pour la diffusivité thermique et 100 % pour l'endurance en tension. Une diminution de 33% des niveaux de charges d'espace accumulées est aussi observable. Les résultats obtenus lors de ce travail de thèse montrent qu'il est possible, dans certains cas, d'améliorer les propriétés électriques et/ou thermiques des isolations en modifiant les résines de référence par l'ajout de particules submicroniques de nitrure de bore (BN) et/ou de nanoparticules de dioxyde de silicium (SiO2). Cependant, il est également montré que ces propriétés peuvent être fortement influencées par le processus de fabrication, notamment par les paramètres de polymérisation.This work aims to access the impact of nanostructuring over the impregnation resin, developed for the electrical insulation of alternator stator bars, on their electrical and thermal properties. The first step of this study concerns the analysis of impregnation resins with improved physical properties with respect to the usual resins. The second part concerns the characterization of prototypes which are manufactured by Alstom and Von Roll companies; these prototypes are composed by a tape (mica paper and glass fabric) impregnated with the innovative resin.In the best case, the modifications of the resins and the prototypes led to respective improvements up to 14 % for the dielectric strength, 30 % for the thermal diffusivity and 100 % for the voltage endurance. A decrease up to 33 % of the space charge levels can be also observed.The results obtained show that it is possible, in some cases, to improve the electrical and the thermal properties of the insulation by modifying the impregnation resin and the prototypes, with the addition of boron nitride (BN) submicron particles and/or silicon dioxide (SiO2) nanoparticles. However, it is shown that these properties can be highly influenced by the manufacture process of the resin and the prototypes, in particular by the curing parameters