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Rolle Dominique

Rolle Dominique

Professeur HES ordinaire

Compétences principales

High voltage testing

High voltage device modeling

Measurement Techn.& Instrumentation

E-field simulation

Monitoring and diagnostic

High voltge dielectrics

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  • Enseignement

  • Recherche

  • Conférences

  • Portfolio

Contrat principal

Professeur HES ordinaire

Téléphone: +41 26 429 67 36

Bureau: HEIA_C20.09

Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
Boulevard de Pérolles 80, 1700 Fribourg, CH
HEIA-FR
Institut
Energy - Institut de recherche appliquée en systèmes énergétiques
BSc HES-SO en Génie électrique - Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
  • Haute Tension
  • Électrotechnique
  • Métrologie
MSc HES-SO en Engineering - HES-SO Master
  • High Voltage Engineering

En cours

DCHVA dry capacitor high voltage application

Rôle: Collaborateur/trice

Financement: Innosuisse

Description du projet :

Development of HV dry capacitors using aditive techniques

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Rolle Dominique

Statut: En cours

Terminés

Monitoring des Transformateurs de Puissance dans un Objectif de Maintenance Prédictive
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Le réseau électrique Suisse a un degré de fiabilité élevé, notamment grâce à la robustesse des composants HT (haute tension). Le coût des composants est élevé, il faut donc maximiser leur durée de vie. Cette dernière dépend de leur design, mais également des sollicitations auxquelles ils seront confrontés. Le réseau électrique se transforme à cause de l'injection décentralisée. Ceci implique des changements de la dynamique du réseau et des sollicitations sur les composants autres que celles pour lesquelles ils ont été dimensionnés, avec comme conséquence une possible diminution de leur durée de vie. Par exemple pour les transformateurs de puissance (TrP), les profils de charge du réseau seront nettement plus dynamiques et comportent de plus grandes variations. Il existe des techniques (diagnostic et monitoring) qui permettent d'évaluer l'état d'un composant, mais elles nécessitent des coûts d'investissement élevés et une grande expertise. Les modèles de vieillissement existants, qui pourraient potentiellement éviter les problèmes du diagnostic et monitoring actifs, sont en général trop simples et inexacts, ou alors trop complexes et difficilement paramétrables. De plus, la durée de vie d'un composant HT étant de plusieurs dizaines d'années, il est impossible de valider un modèle en effectuant des tests de vieillissement à l'échelle 1:1. L'objectif visé par ce projet est de développer une technique de monitoring intelligente et économique pour optimiser la maintenance et les coûts d'exploitation, et prolonger la durée de vie des composants, avec comme conséquence une qualité de service améliorée. La solution détectera des anomalies à partir de données de capteurs installés sur un TrP isolé et refroidi à l'huile minérale. Cette détection d'anomalies basées sur le `machine learning' devrait idéalement fonctionner sur un système embarqué à proximité du TrP. Notre priorité est de se concentrer sur les TrPs qui sont les composants les plus chers et critiques du réseau. Cependant, la solution pourra être appliquée à d'autres types de composants. Pour atteindre notre objectif, il est nécessaire de disposer de données réelles. Si celles-ci sont difficiles, à obtenir en quantité suffisante, des données simulées basées sur l'expérience viendront les compléter. Concernant les données réelles, un système robuste et économique pour l'acquisition des grandeurs mesurables est en phase finale de réalisation : une infrastructure de mesure innovante a été développée par une entreprise partenaire (Gradesens) qui mesure des valeurs de température et de puissance, mais aussi des grandeurs non standards telles que le spectre vibratoire du TrP et du changeur de prises (tap changer). Un pilote est en cours d'installation sur un TrP d'une autre entreprise partenaire (BKW), avec potentiellement plus de TrPs qui vont suivre. Ces données seront ainsi disponibles au début du projet. Vu le nombre de données limitées et que les TrPs pilotes vont présenter peu d'anomalies, nous allons développer un `digital twin'. Ceci nous permet de créer à la fois des données pour valider notre approche avec des anomalies simulées, mais aussi pour faire un pré-entrainement sur ces données, suivi par un `transfer learning' vers les données réelles. Des méthodes standards pour la détection d'anomalies vont être appliquées, notamment des approches de modélisation de l'état normal du TrP. Ainsi, nous pouvons détecter si les mesures provenant du TrP réel dérivent de ce que notre modèle prédit et ainsi détecter des anomalies. Le système final sera validé sur des TrPs de test des BKW. (des discussions sont en cours avec d'autres gestionnaires de réseau). Note : par TrP on sous-entend les TrPs de puissance supérieure à S'50 MVA. Mais il existe néanmoins un potentiel pour les TrPs de plus faible puissance.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Rolle Dominique , Favrat Pierre , Von Barnekow Alec , Junod Charlie , Kissling Simon , El Hayek Joseph , Monnard Jacques , Mack Vincent , Charbon Yann , Corpataux Sam , Nicoulaz Didier , Gobbi Samuele , Vial Maël , Magnin Vincent , Karimian Mahboob , Litzistorf Johann , Maillard Philippe , Wolf Beat , Carpita Mauro

Partenaires académiques: IICT; FR - EIA - Institut ENERGY; FR - EIA - Institut iCoSys; iE

Durée du projet: 15.01.2023 - 29.11.2024

Montant global du projet: 220'000 CHF

Statut: Terminé

Détection des Décharges partielles dans les postes HT à l'aide de l'analyse des champs électromagnétique UHF
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: HES-SO Rectorat; FR - EIA - Institut ENERGY; FR - EIA - Institut ENERGY

Description du projet : Etudier la méthode d'analyse des champs électromagnétiques en ultra hautes fréquences pour détecter les défauts d'isolation électrique dans l'ensemble d'un poste HT, connaître les possibilités et les limites de cette méthode

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Rolle Dominique , Monnard Jacques

Durée du projet: 01.02.2013 - 31.01.2014

Montant global du projet: 30'000 CHF

Statut: Terminé

2024

Comparison of 4 Generator Bar Diagnostic Methods
Conférence

Rolle Dominique, Pacifique Gendre, Lars-Ola Nilsson, Daniel Riesen Olbert

IRMC Europe - Iris Rotating Machine Conference, 16.09.2024 - 19.09.2024, Vesteros SU

High bandwidth low-power voltage transformers for power quality measurement and fast transient monitoring in MV and HV substations - technological overview and experience from field installations
Conférence

Rolle Dominique, Thomas Heid, Werner Schöffer

Cigré 2024, 25.08.2024 - 30.08.2024, Paris

High bandwith low-power voltage transformers for power quality measurement and fast transient monitoring in MV and HV substations :
Conférence ArODES
technological overview and experience from field installations

Thomas Heid, Werner Schöffer, Dominique Rolle

Proceedings of CIGRE 2024, 25-30 August 2024, paris, France

Lien vers la conférence

Résumé:

In recent years, low-power voltage transformers (LPVT), such as RC-dividers, have found more and more interest and use-cases from utilities in their respective networks. Furthermore, some papers have discussed their potential for application in power quality monitoring [1] and in HVDC systems [2]. RC dividers have a parallel network of capacitors and resistors allowing to measure from DC up to some tens of kilohertz. Although these LPVTs have a significantly improved bandwidth for sinusoidal signals compared to conventional instrument transformers, RC-dividers can only be used in a limited way for transient voltage measurement, due to oscillations coming from the capacitor part. CR-dividers on the other hand, which are also called damped capacitive dividers, have resistors in series with the capacitor part, which help suppress oscillations in the capacitor active part of the divider otherwise occurring during transient solicitation. Such CR-dividers can be used for AC voltage measurements from a few Hertz up to several hundreds of kilohertz, as well as fast transients. This paper presents a technology overview of different divider types, with a focus on RC and CR dividers and their use as LPVT and further compares these LPVT to conventional VTs. In addition, a benchmark of the performance of those LPVT is presented and discussed, based on laboratory testing, to determine their respective suitability to measure (sub-)harmonics and fast transient signals. In addition, a use-case of an installation in a substation will be discussed, where LPVTs together with secondary equipment, such as transient recorders, are used to monitor PQ and transients. The complete measurement chains and their technical requirements, along with recorded phenomena, are presented and discussed.

2023

Sensitivity analysis of transformer frequency responses
Conférence ArODES

Lars-Ola Nilsson, M. Ambrosetti, Gamaliel Zwahlen, M-. Scholz, Lukas Eggimann, Oliver Krone, Daniel Riesen, Matteo Gatti, Dominique Rolle

Proceedings of the 2023 INSUCON - 14th International Electrical Insulation Conference (INSUCON), 18-20 April 2023, Birmingham, United Kingdom

Lien vers la conférence

Résumé:

Frequency response analysis (FRA), and short- circuit impedance measurements, are considered the state-of-the-art techniques, to discover mechanical deformations to transformer windings [1] . Such deformations may be the result of mechanical shock during transport to site or reduction over time of winding clamping pressure. Mechanical deformations, like "free buckling" [2] of the low voltage transformer winding, may be the result of radial short-circuit forces, acting upon the inner low voltage and the outer high voltage windings during an over-current, short-circuit event as windings tend to be more resilient to tensile, than compressive stress, hence leading to "buckling". The frequency response of a transformer winding is a signature of its distributed network parameters of frequency dependent resistances (R), capacitances (C) and inductances (L), which are unique to a specific transformer’s mechanical structure. By injecting a low voltage signal as a function of frequency into one terminal, whilst measuring the response at another, the transformer FRA signature is obtained as the signal’s voltage ratio in gain (dB) and phase (°). Should an over-current event result in winding displacements, the transformer signature will change. In order to recognize a change in signature, a comparison with previously recorded fingerprint data is required. The signatures can be compared phase-wise or with sister units of similar design, if fingerprint data is not available. Since historical fingerprint FRA data of older units is often not available, the latter case is common engineering field practice. The assessment of the FRA signature is mostly based upon visual comparison of the graphical FRA representation with the FRA reference signature by experienced engineers. Experience shows that in practice, there will always, to some degree, be differences between the actual FRA measurements and the reference FRA data. In the vast majority of cases, these deviations do not indicate winding damage, but rather reflect differences of measurement technique, state or structural features of the transformer. First of all, the frequency range must be considered. The frequency response of a transformer is distinguished by four frequency bands up to 10 MHz, which are broadly speaking dominated by the core (<1 kHz), the inter-winding space (1-10 kHz), the winding structure (10- 1000 kHz), and the leads and earthing method (>1 MHz). Differences in the low frequency range may result from different degrees of residual core magnetization. Close attention to the connection technique is required in order to make reproducible FRA measurement. Differences in the high frequency range may arise from poor or not reproducible connections (i.e. the factory acceptance signatures may be different) or poor grounding, etc. Differences in winding signatures between the phases are normal due to small geometrical differences (i.e. connection leads from windings to terminals). Small structural differences between sister units may result in slightly different FRA signatures. Such structural variations are a natural consequence of updated or improved transformer designs as well as differences in the workmanship during manufacture.

2022

Inkjet printing :
Conférence ArODES
a new technique for manufacturing solid insulation systems

Ioana Preda, Dominique Rolle, Sebastian Filliger, Natalia Carrie, Gilbert Gugler

Proceedings of 4th International Conference on Dielectrics, 3rd-7th July 2022, Palermo, Italy

Lien vers la conférence

Résumé:

This work investigates several dielectric coatings, of different thicknesses, applied over metalized layers. More precisely, acrylate-based dielectric materials were fabricated using two different additive manufacturing techniques: spincoating and inkjet. While microscope imaging showed that uniform layers could be achieved by both techniques, breakdown strength, along with partial discharge measurements showed that microstructural defects were present in the bulk and that the quality of the printed layers decreases as the thickness of the layers increases. Nevertheless, it is shown that lacquer insulating layers, of variable thickness, can be easily obtained by inkjet printing. Even without any process optimization, they exhibit good dielectric properties, which shown their potential for electrical engineering applications.

Réalisations

2020

High Voltage Laboratory

 2020 ; Testing Laboratory

Collaborateurs: Rolle Dominique

Lien vers la réalisation

Besides high voltage testing, other examinations can be performed, among them measurements of conventional  partial discharge (PD) ), measurements of dissipation factor and capacity, and rain tests. If required, monitoring camera systems and microscopes are used. In addition to the main testing bay, a secondary testing bay permits long-term insulation testing under DC and AC to simulate aging processes.   Both bays are shielded. This makes sensitive PD measurements with a very low noise level of less than 1 pC possible.

Abstract from the testing portfolio of the high-voltage testing laboratory

  1. Lightning impulse voltage
  2. Alternating voltage
  3. Direct voltage
  4. Switching impulse voltage
  5. Long-term tests of insulation materials under DC and AC
  6. Partial discharge measurement (PD)
  7. Measurements of dissipation factor and capacity
  8. Rain tests

Our laboratory also provides material testing and characterization like:

  1. Investigation of dielectric breakdown strength for solid or liquid dielectric materials: breakdown tests performed with different test speeds (V/s), according to (IEC 60243 or IEC 60156 Standard) using semi-spherical (VDE), spherical, cylindrical, blunt point, disc or needle shaped electrodes
  2. Investigation of dielectric permittivity and the dielectric losses (tan D) for solid insulating materials: Cs / Cp and dissipation factor measurements under low AC voltage, going from 5 µHz up to 50 MHz, with or without DC bias (IEC 62631-2-1)
  3. Investigation of electrical volumetric or surface resistivity (conductivity) of solid insulating materials :
  • Resistivity measurement (IEC 60093, IEC 62631-3-1, ASTM D257-14)
  • Polarization index  / insulation resistance based on polarization and depolarization currents measurements (IEEE 43-2000)
  1. Investigation of the ageing behavior of solid or liquid dielectric materials
  • Voltage endurance testing at room temperature or combined with thermal stress (IEC 61251)
  • Thermal or thermo-electrical ageing under specific conditions as defined by the end user

Main test bay, (10x8 m,h=6 m)

  • DC generator : 400 kVdc / 12mA
  • AC generator : 200 kV / 50Hz / 250mA
  • Impulse generator : 400 kV / 12 kJ with impulse analyzing system
  • Current impulse generator : 100 kA / 20 kJ
  • Bamberg Test system 100 kV

Secondary test bay for long duration testing

  • Bamberg Test system 100 kV AC and DC
  • Material testing and characterization
  • Keithley electrometer 6517B : multipurpose high resistance / low current electrometer
  • Omicron SPECTANO 100 : Dielectric Material Analyzer for the characterization of solid and liquid insulation materials in the time (PDC) and frequency (FDS) domain
  • Agilent 4294A Precision Impedance Analyzer

Accessories:     

  • Partial discharge AC and DC : Omicron MPD 600 (noise < 1 PC at 200 kV)
  • Tg δ : Omicron Tando 700
  • Set up for test under rain
  • Climatic cabinet (-70°C/-70°C)
  • Several dividers, sensors, resistors, capacitors, diodes and inductors for special set ups

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