MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A.Zebar Chapitre 2: Calcul des paramètres des lignes électriques I. Introduction Une ligne électrique à haute tension peut être soit une ligne aérienne, soit un câble souterrain ou sous-marin. Son rôle est de transporter l’énergie électrique. D' après le principe de conservation de puissance, la haute tension est pour deux raisons : - L’augmentation de la tension permet de diminuer le courant. - La réduction du courant permet d'utiliser de plus petites tailles de conducteurs. Les lignes de transmissions utilisent plusieurs conducteurs par phase appelée faisceaux. L’objectif de cette dernière est pour augmenter la capacité de transport d'énergie d'une ligne électrique. II. Ligne Electriques Aérienne Une ligne aérienne se compose de conducteurs de phase, suspendus au moyen de chaînes d’isolateurs à des pylônes mis à la terre, elle dispose également d’un ou plusieurs conducteurs supplémentaires appelés câbles de garde, connectés à la terre par chaque pylône assurant principalement la protection contre la chute de la foudre sur les conducteurs de phase. III. Distances d’isolements requises Le dimensionnement des lignes aériennes repose essentiellement sur les paramètres suivants : La hauteur minimale des conducteurs par rapport au sol. La distance entre conducteurs des phases. La distance minimale entre conducteur et pylône mis à la terre. La distance entre le conducteur de phase la plus extérieure et les bâtiments voisins. IV. Types de lignes de transmission Le genre de ligne utilisée est imposé par les facteurs suivants : 1. puissance active à transporter 2. distance de transport 3. coût 4. esthétique, encombrement et facilité d'installation. Nous distinguons quatre types de lignes : IV.1 Lignes de distribution BT Ce sont les lignes et la filerie installées à l'intérieur des édifices, usines et maisons pour alimenter les moteurs, cuisinières, lampes, etc. les tensions inférieures à 600 V. LET51 2016/2017 Ch2/Page 1 2 Lignes de distribution MT Ce sont des lignes qui relient les clients aux postes de transformation principaux de la compagnie d’électricité. Le principal avantage de l'éclateur est son faible prix. afin d’assurer la sécurité des personnes et des installations situées aux voisinages des lignes. 3 Lignes de transport HT Ce sont les lignes reliant les postes de transformation principaux aux centrales de génération.4 Lignes de transport THT Ce sont les lignes qui relient les centrales éloignées aux centres d’utilisation. La forme et la nature de ces électrodes sont très variables.3 Les Pylônes Le rôle des pylônes est de maintenir les câble a une distance minimale de sécurité du sol et des obstacles environnants. IV. Il est aussi très robuste et très facilement réglable. Leur tension est comprise entre 1 kV et 60 kV. Ces lignes peuvent atteindre des longueurs de 1000 km et elles fonctionnent à des tensions allant jusqu'à 765 kV. Le choix des pylônes se fait en fonction des lignes à réaliser. de leur environnement et des contraintes mécaniques liées au terrain et aux conditions climatique de la zone. LET51 2016/2017 Ch2/Page 2 .MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A. Cette distance augmente avec l’augmentation du niveau de tension.2 Les Eclateurs L'éclateur est généralement constitué de deux électrodes. Leur distance est généralement réglable de façon à ajuster la tension d'amorçage. On les place dans une catégorie distincte à cause de leurs propriétés spéciales. Eléments constitutifs d’une ligne aérienne V. IV. On général on utilise des conducteurs en aluminium. ou en alliage aluminium – acier. V. Elles sont constituées de fils aériens ou de câbles souterrains fonctionnant à des tensions généralement inférieures à 230 kV dans cette catégorie. La distance des conducteurs entre eux et avec le sol garantit la bonne tenue de l’isolement. Son écartement est réglé pour provoquer l’amorçage si les surtensions des réseaux sont importantes. on trouve aussi les lignes servant à échanger de l'énergie entre deux grands réseaux et à augmenter la stabilité de l’ensemble.1 Les conducteurs de phase Les conducteurs sont «nus» c'est-à-dire que leur isolation électrique est assurée par l’air. V.Zebar IV. l'une reliée à l'élément à protéger et l'autre à la terre. V. Leur silhouette est caractérisée par la disposition des câbles conducteurs. Plus la tension est élevée. Installe depuis le milieu des années 1950. Les isolateurs ont deux fonctions principales : LET51 2016/2017 Ch2/Page 3 . qui subissent les effets du vent.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A. on a recours à des pylônes composés d’un treillis en acier. plus l’envergure est grande et plus les pylônes sont élevés. La chaîne d’isolateurs joue également un rôle mécanique.b Pylônes Triangle Occupant une place réduite au sol. elle doit être capable de résister aux efforts dus aux conducteurs. Sur le réseau de transport. Il sert aux paliers de tension allant de 110 000 à 735 000 volts. de la neige ou du givre. les isolateurs sont utilisés en chaîne.c Pylône Double drapeaux Courant sur le réseau 400 kV.3.3.Zebar Pour les lignes à très haute tension.3.d Pylône Chat Courant sur le réseau 225 kV. dont la longueur augmente avec le niveau de tension. ce pylône est utilisé pour des paliers de tension allant de 110 000 à 315 000 volts. V.4 Isolateur Les isolateurs assurent l’isolement électrique entre les câbles conducteurs et les supports. V. car il peut être assemblé facilement. Sa hauteur varie entre 25 et 60 mètres. Type des Pylônes V.a Pylônes nappe C’est le pylône le plus utilisé pour les lignes de transport. Ce pylône convient aux lignes qui traversent des terrains très accidentés. V. Installe depuis les années 1960.3. V. Ils sont situés au-dessus des conducteurs de phase. V.b Chaînes V: Les chaînes d’isolateurs en V sont utilisées pour les pylônes de suspension lorsque que l’on souhaite limiter le balancement latéral des conducteurs.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A. en attirant les coups de foudre. V. de la neige ou du givre… V.5 Câbles de garde Les câbles de gardes ne conduisent pas le courant. Sinon les trois phases de la ligne se mettent en court-circuit entre elles et à la terre.Zebar Ils empêchent le courant électrique qui circule dans les conducteurs de phase de passer dans les pylônes.4. Il ne faut pas que la chute de tension dans la prise de terre provoquée par un courant de foudre qui frappe le pylône dépasse la tension de contournement des isolateurs. Ils jouent un rôle de paratonnerre au-dessus de la ligne. Ils accrochent les conducteurs de phase au pylône. Ils sont en général réalisés en acier.a Chaînes d’ancrage: Les chaînes d’ancrage sont utilisées dans le cas de pylône d’ancrage. V. V. ils doivent pouvoir résister aux mouvements des conducteurs. Ce type de chaîne se distingue par sa position quasi horizontale. Pour cela.4.4.6 Prises de terre des pylônes Les pylônes des lignes de transport d'énergie sont reliés à des prises de terre conçues avec grande précaution afin de leur assurer une faible résistance effectivement. LET51 2016/2017 Ch2/Page 4 . Au centre du câble d’acier on place parfois un câble fibre optique qui sert à la communication de l’exploitant. et en évitent le foudroiement des conducteurs.c Chaînes droite : Les chaînes de suspension droite sont la solution de base pour les pylônes de suspension. Ce type d’isolation est le plus fréquemment utilisé. Le courant de court-circuit résultant entraîne l'ouverture du disjoncteur de protection et la mise hors service de la ligne. qui subissent les effets du vent. cette résistance étant en série dans les conducteurs. Z L RL jX L (II.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A. ce qui signifie que nous allons chercher un circuit. il est dû à l'inductance propre des conducteurs formant la ligne. Les conducteurs eux-mêmes ont une résistance propre.Zebar Exemple : Les isolateurs ont une tension de tenue à l'onde de choc (BIL) de 350 kV. La tension entre les conducteurs de la ligne et le sol est de 69𝐾𝑉 3= 40 kV La chute de tension dans la prise de terre atteindrait : E = 20 000 A x 20 Ω = 400 000 V = 400 kV La tension des conducteurs par rapport au sol atteindrait momentanément 40 kV + 400 kV = 440 kV. Grandeurs caractéristiques de la ligne VII. Nature de la ligne Nous allons intéresser à modéliser une ligne. VI. dans notre modèle.1 Impédance de la ligne C’est une grandeur complexe dans laquelle interviennent la résistance et la réactance inductive de la ligne. La présence d'un champ statique entre les conducteurs est la conséquence de la capacité entre ces conducteurs. basé sur des composants simples (résistances. inductances et capacités). Nous aurons donc besoin d'inductances et de capacités pour notre modèle. Comme cette tension est supérieure au BIL de 350 kV. elle provoquerait immédiatement un arc de contournement aux bornes des isolateurs (court circuit). VII. quant au champ magnétique. capable de reproduire fidèlement le comportement de la ligne.1) LET51 2016/2017 Ch2/Page 5 . 𝑠0 (II. Elle est donnée par la formule : 𝑙 𝛺 𝑅0 = 𝜌. X et B et très rarement de G parce que en pratique la conductance due à l’effet couronne n’existe pas on utilise le schéma en (T) et on (π) comme suite : Schémas équivalent en (π) Schémas équivalent en (T) VII.4) La résistance de la ligne dépend également de la température : 𝑅𝑡 = 𝑅.4 La réactance inductive Elle dépend du flux de la force magnétique qui dépend à son tour de la configuration de la ligne.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A.5) Où α est le coefficient de température °C−1 . En générale le constructeur donne la résistance linéique R0 du conducteur en (Ω/Km) à 20°c.Zebar VII.2) Le circuit équivalent d’une ligne longue se compose de R.mm2/km) . d’où la résistance de la ligne devient : 𝑅 = 𝑅0 . 1 + 𝛼 𝑡 − 20 𝛺 (II.2 Admittance de la ligne De la même façon c’est une grandeur complexe définie par : YL GL jBL S (II.6) LET51 2016/2017 Ch2/Page 6 . l 0 : Unité de longueur (1 km). S : Section du conducteur (mm2). de la section et de la température de l’environnement. 𝑙 𝛺 (II.3 La résistance C’est un paramètre de type constructif du métal constituant le conducteur.3) 𝑘𝑚 : Résistivité du métal (Ω. La réactance inductive linéique de la ligne aérienne pour une température nominale est déterminée par la formule suivante : 𝑋 = 𝐿 ∙ 𝜔 = 𝐿 ∙ 2𝜋𝑓 𝛺 (II. VII. 7) 1 Avec 𝐺𝑀𝑅 = 𝑟 ′ = 𝑟1 𝑒 −4 = 0.2ln 𝐺𝑀𝑅 (II.2ln 𝐺𝑀𝑅 (II.L'inductance des lignes monophasées : 𝐷 𝐿 = 0.Espacement asymétrique des lignes 𝐺𝑀𝐷 𝐿 = 0.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A.7788 ∙ 𝑟1 : rayon moyen géométrique .Espacement symétrique des lignes 𝐷 𝐿 = 0.2ln 𝐺𝑀𝑅 (mH/Km) (II. en utilise généralement un certain nombre de conducteurs par phase: Conducteurs en faisceaux Soit pour un conducteur en faisceaux : 𝑅𝑏 = 𝐺𝑀𝑅 1 Dans le cas général : 𝑅𝑏 = 𝑟 ′ 𝑑12 𝑑13 ∙∙∙∙ 𝑑1𝑏 𝑏 𝑅𝑏 = 𝑟 ′ 𝑑 (Pour 2 faisceaux) 3 𝑅𝑏 = 𝑟 ′ 𝑑2 (Pour 3 faisceaux) 4 𝑅𝑏 = 1.5 La réactance capacitive (Susceptance) La réactance capacitive dans les différentes configurations de la ligne est déterminée par la capacité entre les fils (conducteurs) et entre les conducteurs et la terre.8) b.L'inductance des lignes triphasées : a. Comme il est montré dans la figure suivante : LET51 2016/2017 Ch2/Page 7 .9) 3 Avec 𝐺𝑀𝐷 = 𝑑12 𝑑23 𝑑13 : La distance moyenne géométrique .Zebar L: l'inductance de la ligne en (H) .Conducteurs en faisceaux : Afin d'augmenter la capacité de transport des lignes haute tension.09 ∙ 𝑟 ′ 𝑑 3 (Pour 4 faisceaux) VII. Conclusion Les lignes aériennes constituent des circuits de transmission des réseaux triphasés reliant des générateurs aux charges. Ce chapitre est donné une description de la ligne de transmission. Chacune possède ses propres caractéristiques résistive. inductive et capacitive. Un : la tension nominale de la ligne électrique.6 La conductance due à l’effet couronne G Les pertes de la puissance active ΔP dans l’isolement provoqué par l’effet couronne G (par l’intensité du champ électrique) la conductance linéique de la ligne aérienne est déterminé par : g 0 P U n2 siemmens km (II.14) P : Les pertes de puissance linéique sous l’effet couronne.12) ln r .Conducteurs en faisceaux : 2πε 0 C= GMD (F/m) (II.10) 2πε 0 C= GMD (F/m) (II. VII.MODULE : RESEAUX ELECTRIQUES Ens : A.11) ln r 0.13) ln rf Où rf est similaire au GMR défini pour l'inductance. La conductance totale de la ligne aérienne est égale à : G g 0l siemmensou 1 VIII. Il fait la distinction entre les caractéristiques longitudinales (résistances des conducteurs et les inductances entre les conducteurs) et les caractéristiques transversales (capacité des conducteurs).0556 C= GMD (μF/m) (II. LET51 2016/2017 Ch2/Page 8 .Zebar La réactance capacitive est égale : 𝐵 = 𝐶 ∙ 𝜔 = 𝐶 ∙ 2𝜋𝑓 siemmens (II.
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