Understanding of the ageing phenomena occuring in electrotechnical papers in power transformers and research of industrial solutions

Les transformateurs de puissance sont des équipements coûteux dont un point faible est la dégradation du papier Kraft isolant qu’ils contiennent. Ces travaux étudient la dégradation cinétique de deux papiers électrotechniques, dans des essais de vieillissement en conditions accélérées dans une huile minérale : un papier standard et un papier amélioré, Thermally Upgraded (TU), contenant un additif. La dégradation du papier standard, mesurée via l’évolution du degré de polymérisation viscosimétrique (DPv) de la cellulose, suit un modèle cinétique d’ordre zéro et l’énergie d’activation mesurée est proche de celle avancée pour l’hydrolyse acide de la cellulose dans la littérature. Le papier TU présente en revanche un comportement différent, l’ajout de l’additif ralentissant sa dégradation et aucun modèle testé n’a permis de modéliser correctement les données expérimentales. Une étude plus approfondie sur le mécanisme d’action de cet additif a permis de confirmer et compléter les hypothèses de la littérature. Par ailleurs, des caractérisations mécaniques des papiers vieillis ont mis en évidence une corrélation entre le DPv de la cellulose et la résistance au double-plis du papier. Une autre étude a porté sur le rôle de la lignine sur la dégradation du papier : un effet protecteur pour la cellulose a été discuté et il a été montré que le vieillissement de la lignine conduisait aussi à la production de méthanol dans l’huile (marqueur de dégradation du papier utilisé dans les transformateurs). Enfin, une nouvelle solution de protection, l’ajout d’aminoalkylalkoxysilanes en surface du papier a montré des résultats encourageants notamment en termes de conservation des propriétés mécaniques du papier.Power transformers are expensive devices and the degradation of the cellulosic insulation paper contributes to limiting the transformer life expectancy. This work studies the kinetic degradation of two electrotechnical papers during accelerated ageing trials in mineral oil: one standard paper and one Thermally Upgraded paper (TU) containing an additive. The degradation of the standard paper, measured via the cellulose viscometric degree of polymerisation (DPv), follows a first order kinetic model and the calculated activation energy is close to activation energy reported for the acid hydrolysis of cellulose in the literature. The TU paper behaves differently since the additive slows the paper degradation, and none of the tested kinetics models succeed to model experimental data. A deeper study of the additive reaction mechanism confirms and completes the hypotheses presented in the literature. Moreover, some mechanical characterizations of aged papers highlight a correlation between the cellulose DPv and the double fold resistance of the paper. Thereafter, it has been discussed that the presence of lignin in paper presents a protective effect on cellulose and it has been shown that it leads to the production of methanol (used as a marker of paper degradation to monitor power transformers). Finally, a new protective solution, the addition of aminoalkylalkoxysilanes on the paper surface, gave encouraging results, particularly in terms of paper mechanical strength properties preservation