Etude des propriétés diélectriques de l'azote liquidesous haute tension et caracterisation des streamerspositifs par spectroscopie d'émission

The purpose of this work is to study prebreakdown phenomena (streamers) in liquid nitrogen (LN?) in order to defîne practical rules to design the insulation of High Température Superconducting apparatus. As breakdown is due to the initiation and propagation of a streamer, we study independently both of thèse phases, and we compare our results with those obtained in minerai oil for similar expérimental conditions.Under quasi uniform field, breakdown is controlled by streamer initiation and dielectric strength of liquid nitrogen under impulse voltage is close to that found in minerai oil, whereas it is two times liigher under AC voltage. At large gap distance (divergent field and brealcdown controlled by streamer propagation) we show that breakdown is mainly due to positive streamers, able to propagate furtber than négative ones. In applications where electric field distribution is quasi uniform, we conclude that a superconducting device designed with the same criteria as in minerai oil should be operational. Nevertheless, the great ability of positive streamers to propagate far imposes the use of insulating barriers.Spectroscopic study of light emitted by positive streamers during their propagation shows that filaments are constituted by gaseous molecular and atomic nitrogen. Numerical simulations of nitrogen atomic spectral lines (3 s P-3p S ) leads to an estimation of électron density and molecular nitrogen density inside the streamer. Numerical simulations of nitrogen second positive System (CJnu—»B ng) and charge measurements also provide an estimation of the gas température inside the streamer.L'objectif de ce travail est d'étudier les phénomènes pré-disruptifs ("streamers") conduisant au claquage de l'azote liquide (LN2) pour définir les modalités d'isolation d' appareils supraconducteurs à Haute Température critique (HTC). Un claquage étant le résultat de la génération et de la propagation d'un streamer, nous avons étudié ces deux aspects indépendamment l'un de l'autre et nous avons comparé nos résultats à ceux trouvés dans l'huile minérale pour des conditions expérimentales similaires.En champ quasi uniforme où le claquage est contrôlé par la génération des streamers, nos résultats montrent que sous tension impulsionnelle, la tenue diélectrique de LNo est identique à celle de l'huile minérale alors qu'elle est deux fois plus importante sous tension alternative. A grande distance entre électrodes (champ divergent et claquage contrôlé par la propagation), le claquage survient principalement en polarité positive. Dans les applications où la distribution du champ 'électrique est peu divergente, nos résultas permettent de conclure que le dimensionnement d'une isolation électrique à l'azote liquide conçue avec les mêmes critères de champ que dans l'huile minérale serait opérationnelle. Cependant, la grande facilité de propagation des streamers positifs nécessite l'utilisation de barrières isolantes pouvant arrêter leur propagation.L'étude spectroscopique de la lumière émise par les streamers positifs au cours de leur propagation a révélé qu'ils sont constitués par du gaz sous haute pression provenant de la vaporisation de LN2 et par la dissociation de N2. La simulation numérique des raies atomiques de N (3s4P-3p S0) nous a permis d'estimer la densité électronique Ne et moléculaire NN2 maximale dans le canal de streamer. La simulation numérique du second système positif (C ITU—>BJng) de N2 et des mesures de charges ont permis d'estimer la température du gaz contenu dans le streamer