INTRoDucTIoN GE\ERALE
INTRODUCTION GENERALE
1 Origine
Une des conséquences indésirable du transport de
l'énergie électrique à de hauts niveaux de tension est
l'apparition de l'effet de couronne. Ce
phénomène se manifeste sous forme d'une gaine lumineuse qui
apparaît autour des conducteurs aériens, lorsque ceux-ci sont
portés à une tension suffisamment élevée pour que
le champ électrique dépasse le seuil d'apparition de l'effet de
couronne.
Les premières publications sur l'effet de couronne
datent de 1915 avec les travaux effectués par F.W.Peek [14], qui a
établi par des essais expérimentaux une loi empirique exprimant
le champ seuil d'apparition de l'effet de couronne. Depuis ce temps, un nombre
impressionnant de travaux de recherche concernant l'effet de couronne sur les
lignes aériennes de transport d'énergie électrique ont
été effectués et publiés.
L'effet de couronne est à l'origine
d'interférences radiophoniques et télévisuelles, de bruits
audibles, de pertes électriques importantes et de vibrations
mécaniques. Ces vibrations sont appelées "Vibrations
Induites par Effet de Couronne" et font l'objet de ce travail.
2 Problématique
Avec la tendance de la nouvelle technologie vers
l'augmentation de la tension de transport, l'effet de couronne est devenu une
contrainte dans la conception et le tracé des réseaux
électriques. Cet aspect économique a incité les chercheurs
à s'intéresser à ce phénomène, à
étudier les mécanismes de la décharge partielle et surtout
s'attacher à leurs conséquences. De nombreux ouvrages traitant de
l'effet de couronne et des décharges partielles permettent de
prédire de façon acceptable le comportement des lignes au niveau
des pertes, des bruits audibles et des interférences [41-44]. Par
contre, l'intérêt porté au phénomène des
vibrations induites par effet de couronne a varié au fil des
années.
Il a été observé que ces vibrations
apparaissent par faible vent sur les lignes à haute tension lorsque des
gouttes d'eau sont suspendues sous les conducteurs en condition de pluie, de
neige mouiliée ou de brouillard intense. L'effet de couronne à la
surface de ces gouttes d'eau est responsable des vibrations. L'amplitude des
vibrations ne dépasse pas, en général une dizaine de
centimètres et la fréquence est la fréquence naturelle de
la portée.
L'apparition fréquente des vibrations induites par
effet de couronne impose des contraintes mécaniques qui diminuent la
durée de vie des composants de lignes de transport d'énergie
électriques (conducteurs, pinces d'ancrages, supports, chaînes
d'isolateurs).
3 Etat de la question
Les premiers études sur les vibrations induites par
effet de couronne datent des années trente, traitant le problème
par des essais de laboratoire et faisant état d'observation sur le
réseaux industriel. Les travaux n'ont été repris dans ce
domaine que vers le début des années 70 par une étude
analytique s'intéressant surtout à la détermination des
amplitudes de vibrations mais qui reste contestée au niveau de
l'estimation et la nature des forces exercées sur le conducteur. Une
deuxième étude, cette fois expérimentale
détaillée, réalisée au Canada, aboutissant à
des résultats importants et s'intéressant surtout au
mécanisme responsable des vibrations par effet de couronne. Cette
étude a été réalisée en laboratoire sur des
conducteurs toronnés et lisses en géométrie coaxiale avec
différents types de supports. Alors un mécanisme précis a
été proposé et accepté par la communauté
scientifique [4].
Durant ces dernières années beaucoup de
chercheurs ont étudié les aspects différents de ce sujet,
et divers modèles expérimentaux ont été
utilisés pour simuler ce phénomène. Cependant la plupart
de chercheurs ont accomplis les résultats consécutifs mais le
moins de ces résultats sont basé sur un modèle
numérique. Pour cette raison la présente recherche est
basée essentiellement sur la modélisation et la simulation
numérique de vibrations induites par effet de couronne.
4 Objectifs
Comme les études numériques sur les vibrations
induites par effet de couronne sont relativement limitées en nombre, il
reste encore beaucoup à faire avant d'être capable de
prédire et de reproduire le mécanisme du phénomène
de façon globale. Afin de bien situer l'importance de ce genre de
vibrations dans la technique actuelle de la construction et le tracé de
lignes aériennes de transport d'énergie, ce travail consiste
à faire une analyse des différents aspects du
phénomène de vibrations induites par effet de couronne sur les
conducteurs THT.
Pour ce faire il est nécessaire dans un premier temps,
de bien comprendre le phénomène d'ionisation des gaz. Le chapitre
1 offre les définitions fondamentales de l'effet de couronne et ses
conséquences et familiarise le lecteur avec les termes de base dans ce
domaine.
Dans le chapitre 2, on propose une revue de quelques
recherches antérieures sur les vibrations induites par effet de
couronne. Cette étude nous a permit de constater que les gouttes
suspendues sous les conducteurs des lignes aériennes jouent un
rôle important dans l'explication du mécanisme de vibrations
induites par effet de couronne. Pour cette raison dans le chapitre 3, et avant
de prédire le mécanisme le plus probable de ces vibrations, nous
avons étudié le comportement de ces gouttes sur l'environnement
du conducteur, ainsi nous avons analysé les différents efforts
agissant sur le conducteur en présence de ces gouttes.
Il ressort aussi de cette revue deux observations importantes
:
1- Les équations régissant le système sont
en effet des équations différentielles couplées [1, 2].
2- L'introduction d'instruments de mesure à
proximité des gouttes d'eau peut perturber localement le champ
électrique et fausser les résultats [4].
Donc la nécessité d'utiliser des
méthodes numériques est doublement justifiée. Pour cela
dans le chapitre 4, nous avons utilisé une combinaison entre trois
méthodes numériques afin de modéliser et simuler les
vibrations induites par effet de couronne d'un conducteur tendu soumis à
une pluie artificielle:
3- La méthode des éléments
finis pour discrétiser le domaine
4- La méthode de
superposition modale pour discrétiser le
mouvement.
5- La méthode de différences
centrales pour discrétiser le temps.
La variation dans le temps de la force induite par
effet de couronne utilisée dans cette étude est de
forme impulsionnelle, et le moment d'application de cette force a
été évalué à l'aide de l'équation
d'équilibre d'une goutte d'eau suspendue et soumise à un champ
électrique.
Nous consacrons le chapitre 5 à la présentation
des résultats numériques avec les interprétations
nécessaires, et à la validation de ces résultats avec les
résultats expérimentaux.
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