III.1 Introduction
Lors de la pluie, les gouttes qui tombent sur les conducteurs
HT des lignes aériennes sont à l'origine des gouttes pendantes
qui se déforment sous l'action du champ électrique et donnent
naissances aux décharges couronne. Ces dernières induisent des
forces ponctuelles sur les conducteurs qui provoquent leur
déplacement.
Vu le rôle important que joue les gouttes pendantes
dans l'explication du mécanisme de vibrations induites par effet de
couronne, dans un premier temps on propose une étude particulière
de ces gouttes. Ensuite on analyse les différents efforts agissant sur
le conducteur en présence de ces gouttes. En se basant sur les
résultats obtenus dans le chapitre précédent et aux deux
premiers points de ce présent chapitre, nous tenterons une explication
la plus probable du mécanisme des vibrations induites par effet de
couronne.
III.2 Comportement des gouttes d'eau par rapport au
conducteur Par rapport au conducteur sous tension, les gouttes sont :
Loin, pratiquement de 5 cm, les gouttes d'eau poursuivront leur
chemin sans rien influencer.
A faible distance du conducteur, de zéro à
quelques cm, les gouttes seront soumises à un champ électrique
dont l'intensité sera telle que l'aspect géométrique de la
goutte sera modifié. Des effluves apparaîtront au voisinage de la
goutte ou entre la goutte et le conducteur.
Ou tombent sur le conducteur et forment des gouttes pendantes
sous celui-ci et se déforment sous l'action du champ intense et
deviennent une source principale de l'effet de couronne. [1,3]
III.2.1 Gouttes passant à proximité du
conduzcteur
Les gouttes d'eau de permittivité relative å2
qui sont supposées sphériques pénètrent
dans
une région où règne un champ intense.
Pour simplifier le développement, le champ est supposé uniforme
au voisinage de la goutte. La goutte modifie la répartition du champ;
cela revient au problème classique d'une sphère placée
dans un milieu de constante diélectrique relative å 1
(ici l'air) dans lequel règne un champ E (figure
III.1), le champ maximal à l'extrémité de
la sphère
peut atteindre 3 fois le champ et il est fonction des constantes
diélectriques et non des dimensions de la goutte.
Figure III.1 Goutte d'eau dans un champ
uniforme [3]
Sous l'effet des forces électrostatiques ainsi
appliquées, la goutte s'allonge et prend une forme de plus en plus
effilée. La valeur critique du champ qui amorce la déformation de
la goutte est donnée par la relation empirique établie par Taylor
et Wilson [1, 3, 6] :
t
EC = K (III.1)
a
EC : champ critique en kV/cm,
K=0.447
a : rayon de la goutte en mm
t : tension superficielle en dyne/cm.
A partir de ce champ critique, la goutte s'allonge et conduit
à une augmentation locale de la valeur du gradient de potentiel,
suffisante pour amorcer une disrupture partielle. Les gouttes passant à
proximité immédiate du conducteur sont à l'origine de
petits arcs, lorsque la distance entre les gouttes et le conducteur atteint la
valeur critique d'amorçage. Deux facteurs peuvent influencer le
phénomène : le champ maximal, et le diamètre des gouttes
(intensité de pluie).
Pour exemple, le rayon critique à partir duquel il
y'aura une modification de l'aspect géométrique des gouttes, pour
un champ 20kV/cm, est de l'ordre de 0.375 mm, toutes les gouttes ayant un rayon
supérieur à 0.375 mm vont se déformer.
III.2.2 Gouttes tombant sur le conducteur
Nous prenons un exemple comme support de raisonnement : E =
20 kV/cm, une pluie de 10 mm/h, ce qui donne un rayon moyen des gouttes de 0.5
mm. Au début le conducteur est préalablement sec, les gouttes
tombant sur le conducteur atteindront la partie inférieure par les
chemins préférentiels (suivant les brins pour les conducteurs
toronnés). Plusieurs gouttes se rassemblent à la partie
inférieure en gouttes de dimensions nettement plus importantes, se
déforment sous l'effet du champ électrique, émettent des
effluves et conduisent à deux manifestations acoustiques : craquement
(un train d'impulsions nettement discontinu) et sifflement (un train
d'impulsions pratiquement continu).
a- Aspect discontinu (Craquement) b- Aspect continu
(Sifflement)
500 ìA/cm. 1000 ìA/cm
Figure III.2 Manifestation des gouttes d'eau
tombant sur un conducteur
E=20 kV/cm. [3]
Le tableau III.I donne un aperçu sur le
nombre d'effluves en fonction de la taille des gouttes
Diamètre des gouttes en mm
|
1
|
5
|
Intensité de pluie en mm/h
|
14.4
|
31.8
|
Nombres d'effluve par Secondes
|
276
|
76
|
|
Tableau III.1 Nombre d'effluves en fonction de la
taille des gouttes. [1, 3]
On peut constater que le nombre d'effluves diminue lorsque le
diamètre moyen augmente. Les gouttes provenant des précipitations
tombant sur le conducteur sont à l'origine des gouttes pendantes qui
donnent naissance à 90 % des effluves quand la précipitation
atteint son régime.
La figure (III.3.a) montre la disposition
des gouttes, pour un champ E=20 kV /cm et une intensité de pluie
artificielle de 12 mm/h, le. Nous pouvons remarquer une inégale
répartition de la longueur des gouttes pendantes. C'est le
problème de la stabilité mécanique de la goutte pendante,
celle-ci constamment nourrie grossie, s'étire devient instable, perd une
certaine quantité et le processus recommence. La figure
(III.3.b) montre l'aspect du conducteur après
l'arrêt de la pluie. Entre ces deux situations, seule la
précipitation a cessé. La goutte pendante perd pour une
dernière fois son surplus d'eau. L'intensité du champ aidant
quelques gouttes à prendre une forme pointue très
caractéristique et seules émettent des effluves par effet de
couronne. Dans la réalité cette transition est moins brutale vu
la diminution progressive de l'intensité de pluie. En outre, un vent
moins brutal accompagne en général les précipitations, la
stabilité de la goutte se trouve modifiée avec comme
résultat principal une nette réduction du temps de
séchage.
(a) (b)
Figure III.3 Disposition des gouttes lors d'une
pluie de 12mm/h avant et après l'arrêt de
la pluie, E=20
kV/cm [1, 3]
La figure (III.4) montre l'aspect des
effluves en fonction de l'intensité du champ électrique. La zone
ionisée augmente lorsque le potentiel appliqué au conducteur
central augmente. Les gouttes qui se forment à la partie
supérieure du conducteur sont susceptibles d'émettre des effluves
lorsque l'intensité du champ électrique est suffisante. La
pesanteur qui agit dans le même sens que la force électrostatique
dans le cas des gouttes pendantes s'oppose évidemment à la
déformation pour des gouttes recueillies à la partie
supérieure du conducteur, ceci exige donc un champ électrique
plus intense capable de déformer suffisamment les gouttes.
(a) (b) (c)
Figure III.4 Aspect des effluves pendant une
averse de pluie12 mm/h en fonction du
champ électrique E= 12.4, 16.6
et 21.1 kV/cm [3]
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