Conclusion

I.6.3 pose des câbles en galerie

Ce procédé de pose nécessite des galeries creusées spécialement pour disposer les câbles, ou des égouts collecteurs existant dans les grandes villes.

Dans les deux cas, les câbles sont disposés le long des murs sur des supports en béton armé, des colliers métalliques, des crochés épousant la forme du câble, des taquets amovibles pouvant être superposés, etc.

Les intervalles entre supports ne doivent pas dépasser 80 cm et le rayon â donner au câble dans un angle ne doit pas être inférieur à dix fois son diamètre.

La disposition en galerie a l'avantage de faciliter la pose, l'entretien et le remplacement des câbles.

Figure (I.9) : Dispositif des câbles armés

Dans une galerie souterraine

I.7 Conclusion

L’utilisation les câbles est un moyen esthétique pour fournir l’alimentation électrique aux grandes agglomérations et sites industriels. La pose dans les canalisations souterraines doit être faite avec le plus grand soin afin éviter des blessures qui peuvent à terme provoquer les défauts.

Différents types de câble existent sur le marché, le choix est dicté par les critères techniques et économiques. En service, le câble doit pouvoir supporter les quatre contraintes suivantes sans subir de dommage :

1. Le courant nominal inférieur à la limite thermique du câble ; 2. Le courant de court-circuit ;

3. La chute de tension admissible;

4. Le respect de la stabilité du réseau.

Dans le chapitre suivant, on va voir origines et les différents types de défaut et leur détermination des câbles du défaut.

II.1 Introduction

Avant de commencer toute mesure de localisation, il est indispensable d'analyser minutieusement le défaut depuis au moins l'une des extrémités du câble. Cette opération très importante guide l'opérateur dans le choix des méthodes les mieux adaptées et conditionne, de ce fait, la réussite d'une recherche de défaut. Cette analyse est précédée par la détermination de la nature et des caractéristiques du défaut.

II.2 Origines des défauts

On peut séparer les défauts sur les câbles en deux grandes familles : les défauts d’origine externe et les défauts d’origine interne. [8.7]

II.2.1 Origine externe

La plus grande partie des défauts intervenant sur les réseaux sous terrains est due par des blessures externes, ils sont dues par :

• Terrassement

Les blessures sont faites à l'occasion de travaux de terrassement Si la blessure est importante, le défaut est instantané et la localisation est facile. Par contre lorsque le câble n'est que légèrement endommagé cet incident est sans conséquence immédiate et n'est pratiquement jamais signalé à l’exploitant. Pourtant quelques jours au quelques mois plus tard lorsque l'humidité aura pénétré dans le câble et transforme cette blessure en défaut.

Après les travaux de terrassement, si le remblai n'a pas été fait avec soin, il se produit des terrassements de terrain ; ceux-ci vont provoquer des cisaillements au niveau du câble et des tensions mécaniques au niveau des accessoires qui peuvent dans le temps, créer des défauts.

• Mouvement du terrain

Les contraintes du sol sur les réseaux souterrains peuvent être dues aux phénomènes naturels tel que : glissement de terrain excavation par infiltration d'eau, etc....

• Mise en œuvre du câble

La qualité de la mise en œuvre du câble et de ses accessoires joue un rôle important dans la fiabilité d'un réseau.

En ce qui concerne le câble, il faut :

Les techniques de réalisations des câbles sont suffisamment fiables pour que les défauts «plein câble» ne puissent être qu'exceptionnellement imputée à la fabrication.

• Mise en œuvre des accessoires

En ce qui concerne les accessoires, un soin tout particulier doit être apporté à leur réalisation afin de ne pas créer de point faible. Les techniques actuelles de conditionnement et de mise en œuvre des accessoires tendent à limiter les risques de mal façon ; néanmoins, il convient de rester vigilant au niveau de la continuité des écrans.

• Migration de matière

Dans le cas de câble ancien isolé au papier imprégné d'huile, sa mise en œuvre sur une forte dénivellation, provoque une migration de la matière et donc un assèchement du papier d'isolement dans la partie la plus haute ce qui réduit les caractéristiques diélectriques et crée une zone propice aux défauts.

Depuis longtemps, les câbles isolés au papier sont imprégnés de matière non migrante • Phénomènes électriques

Les défauts d'origines électriques ont pour cause :

- Soit la tension : Une surtension peut provoquer un « claquage » en un point faible au niveau de l’isolation. Cette surtension peut être d’origines diverses, manœuvre, déséquilibre, décharge atmosphérique, etc...

- Soit le courant : Une surintensité peut provoquer un échauffement anormal des contacts dans un accessoire entraînant soit une coupure, soit une fusion de matière isolante avec déplacement de conducteur et court-circuit. Cette surintensité peut être crée par divers phénomènes tel que : surcharge de réseau, onde de courant de foudre, court-circuit, etc...

II.3 type des défauts

On peut classer les défauts d’origine externe en trois familles [9] :

— les défauts d’isolement résistants ;

— les défauts d’isolement éclateurs ;

— les défauts de continuité ;

II.3.

1 Défaut d’isolement résistant

Ils se présentent comme une résistance shunt de valeur finie Rd placée entre un conducteur de phase et l’écran métallique ou le neutre, ou entre deux conducteurs (cas des câbles à champ non radial, par exemple). Cette résistance est constituée d’un pont de carbone plus ou moins continu dont la valeur peut être comprise entre quelques ohms et plusieurs mégohms. Son schéma électrique est celui de la figure (II.1).

Figure (II.1) : Défaut d’isolement résistant

La caractérisation est donc faite à partir de la mesure de Rd et de la tension d’amorçage de l’éclateur.

On dit qu’un défaut est franc si Rd est inférieure à 5 Ω et que la tension d’amorçage en courant continu est nulle ou extrêmement faible.

II.3.2 Défauts d’isolement éclateurs

Il s’agit de défauts d’isolement à très forte résistance shunt, mais qui, soumis à une tension croissante, se comportent comme un éclateur avec une tension d’amorçage Ua.

Figure (II.2) : Défaut d’isolement éclateur

Dans ce cas, au moment de l’amorçage, toute l’énergie emmagasinée dans la capacité constituée par le câble se décharge dans l’éclateur. Si le générateur de tension est assez puissant (courant limite élevé), le câble se recharge alors jusqu’à la tension Ua ; on dit qu’il relaxe. En effet, jusqu’à ce que le courant de décharge id=0 à la tension d’extinction, u étant la tension délivrée par le générateur d’après le schéma électrique équivalent de la figure II.2 on a :

Figure (II.2) : schéma électrique équivalent G : générateur de tension continue

𝑈_𝑐 : Tension aux bornes du câble Pour u < 𝑈_𝑎 : 𝑢 = 𝑅_𝑖𝐼_𝑐+ 𝐶^𝑑𝐼𝑐

𝑑𝑡

Pour u > 𝑈_𝑎 ∶ = 𝑅_𝑎𝑟𝑐𝐼_𝑑 Avec C capacité du câble,

𝐼_𝑐 et 𝐼_𝑑 courants de charge et de décharge, 𝑅_𝑎𝑟𝑐 Résistance de l’arc,

𝑅_𝑖 Résistance interne du générateur.

II.3.3 Défaut de continuité

Il s’agit d’une coupure d’un ou de plusieurs conducteurs, écran ou neutre compris, avec une résistance de défaut shunt Rd plus ou moins grande (figure II.3), et une résistance de défaut série Rc plus ou moins petite.

Figure (II.3) : Défaut de continuité

II.4 généralité sur les méthodes de détection et localisation des défauts : II.4.1

Pré-localisation du défaut

La surveillance des réseaux permet dès l’occurrence d’un défaut d’envoyer le message d'erreur, l'identification de la liaison câblée concernée et son isolement du reste du réseau. Le message d'erreur est tout d'abord analysé. A cet effet, on détermine dans un premier temps le type de câble, sa longueur et la structure du réseau ainsi que les causes apparentes possibles de la panne, tel que la présence de chantiers, travaux de rénovation ou autre. Les premières mesures servent à déterminer les résistances d'isolation de toutes les phases du câble.

II.4.1.1

Méthodes de pont

Toutes les méthodes de boucle sont définies à partir du schéma général du « Pont de Wheatstone », sauf une, qui est basée sur la comparaison des chutes de tension, mesurées sur un conducteur sain et sur le conducteur défectueux, présentant une très faible résistance d'isolement [10]

La méthode du « Pont de Wheatstone » est employée pour localiser les défauts d'isolement entre un ou plusieurs conducteurs continus ou entre un de ces conducteurs et la terre. Le conducteur servant de retour doit présenter une résistance d'isolement au moins 10 fois supérieure à celle du conducteur en défaut.

Figure(II.4) : pont de Wheatstone

II.4.1.2

méthode de boucle de Murray

La méthode de la boucle de Murray consiste à former une boucle en reliant l'extrémité d'un conducteur défectueux avec un conducteur sain (Figure II.5).

Figure(II.5) : méthode du pont de Wheatstone Soient :

d : la distance du défaut,

r : la résistance linéique du câble.

D : la longueur totale de câble

𝑅_𝑑 : Résistance d’isolement du défaut G : Générateur de courant continu

On a : R3 = (2L-x).r R4 = x. r.

Par ailleurs le pont de mesure est tel que la somme des résistances R1 et R2 est constante (pont à fil) : R1 + R2 = 2 R.

On a : R1 = 2 R - a R2 = a.

A l'équilibre du pont, on a : (2 R - a). x. r = a. (2 L - x).r d'où la valeur recherchée de x: 𝑥 = 𝐿^𝑎

𝑅

II.4.1.3 Boucle de Murray avec dérivations

Dans le cas de réseaux de câbles contenant des dérivations (figure II.6), on doit aussi faire des approximations successives ; on est conduit à court-circuiter successivement l’extrémité du câble principal opposée à celle de la mesure et les extrémités des différentes dérivations jusqu’à la révélation du défaut.

Figure(II.6) : cas de défaut sur dérivation II.4.2 méthode par mesure de capacités

Les méthodes de mesure de capacités sont utilisées pour la localisation de la coupure des conducteurs du câble. Les différents conducteurs devront présenter une résistance d'isolement supérieure à 10 Méga Ohm [10].

Le schéma de principe du pont de Sauty est celui de la figure (II.7) G : détecteur de courant alternatif.

A l'équilibre : ig = 0, on a :

𝑍₁. 𝑍₄ = 𝑍₂. 𝑍₃

Figure(II.7) : pont de Sauty

La localisation est basée sur la comparaison de la capacité du conducteur en défaut avec celle d'un conducteur sain de même capacité linéique ou avec les capacités fournies par des tables établies au cours d'expérimentation ou par catalogue de constructeur.

 Pont de Nernst

Pour obtenir l'extinction du signal au détecteur, lorsque le défaut de continuité du conducteur est doublé d'un défaut d'isolement, on doit placer en parallèle avec la capacité étalon Ce une résistance réglable afin de compenser le déphasage introduit par la résistance d'isolement du défaut (Figure II.8).

Le pont de mesure correspondant est appelé : pont de Nernst

Figure (II.8) : pont de Nernst 𝑅_𝑑 : Résistance de compensation.

𝑅_𝐶 : Résistance d’isolement de la capacité A l’équilibre : 𝑖_𝑑 = 0  𝐶_𝑥 = 𝐶 ^𝑃

𝐾

 Pont de Wien

Le pont de Wien est utilisé pour mesure la capacité des conducteur bien isolé à faible pertes.

𝑅_𝐶: résistance de compensation.

C : condensateur étalon 𝑟^′ : résistance de pertes.

A l’équilibre 𝑖_𝑑 = 0  𝐶_𝑥 = 𝐶^𝑃

𝐾

Figure (II.9) : Pont de Wien II.4.3 Méthode des ondes stationnaires

Cette méthode ne peut être utilisée qu'avec les câbles qui ne comportent pas de variation importante d'impédance caractéristique telle qu'une dérivation (impédance en parallèle) [10].

Elle s'applique :

— aux conducteurs présentant une coupure franche dont la résistance d'isolement est différente de l'impédance caractéristique du câble.

— aux défauts d'isolement de résistance inférieure à une dizaine d'ohms.

Figure(II.10) :schéma de principe –méthode des ondes stastionaires

Le câble défectueux est alimenté par un générateur de tension sinusoïdale à fréquence f variable. Si l'on fait varier cette fréquence, la déviation du voltmètre V passe successivement par des maximums et des minimums (Figure II.11).

Figure(II.11) : variation de la tension aux bornes du défaut en fonction de la fréquence

Si l'on désigne par f l'écart de fréquence entre deux maximums successifs, et par V la vitesse des ondes électromagnétiques dans le câble, la distance x du défaut à l'extrémité d'alimentation est donnée par :

En effet la tension appliquée au voltmètre résulte de la superposition de la tension de l'onde incidente et de la tension de l'onde réfléchie. Lorsque ces deux tensions sont en phase, il y a déviation maximale, lorsqu'elles sont en opposition de phase, la déviation est minimale.

En d'autres termes les interférences entre l'onde incidente et l'onde réfléchie font apparaître au long du câble des ventres (là où les amplitudes s'additionnent) et des nœuds (là où elles se soustraient).

L'ensemble de ces points reste stationnaire par rapport au point de réflexion (défaut) pour une fréquence donnée.

II.4.4

Méthodes échométriques

On appelle méthodes échométriques les méthodes de localisation de défaut basées sur des mesures de vitesse de propagation d'ondes électromagnétiques dans le câble [10].

II.4.4.1 méthode échométrique en impulsion BT

Dans les méthodes Basse Tension de localisation de défauts, les impulsions envoyées dans le câble sont délivrées par un générateur incorporé à l'échomètre. La valeur de crête des impulsions est de l'ordre de la centaine de volts, la largeur de celles-ci peut être choisie à l'aide d'un commutateur entre plusieurs valeurs généralement comprises entre 0,1 et 10 s environ. Le choix de la largeur de l'impulsion donc de son énergie est fonction de la longueur du câble. Le temps séparant deux impulsions successives est très supérieur à la durée de parcours dans les câbles de longueur habituelle.

II.4.4.1.1

Méthode de réflexion sur l’arc

La genèse de cette méthode est finalement assez simple et résulte de l’observation de la technique du brûlage [11].

En effet, dans son premier état, la phase en défaut est échométriquement saine, et lors de la deuxième mesure, on traite un défaut très faiblement résistant, proche du court-circuit.

Les constructeurs ont donc mis au point une alternative au brûlage permettant d’en éliminer ou minimiser les inconvénients. Le schéma de raccordement est celui de la (figure II.12).

Figure (II.12) : Réflexion sur l’arc : schéma de raccordement

Le défaut ayant une valeur de Rd supérieure à 150 Ω (réseau sans dérivation) ou 50 Ω (réseau avec dérivations), l’émission d’une onde de choc y provoquera l’allumage d’un arc. D’un point de vue électrique, un arc est assimilable à un court-circuit.

On note que la connexion simultanée du générateur d’ondes de choc et de l’échomètre au câble pose un problème : les constructeurs y ont répondu au travers de la conception de filtres séparateurs d’énergie (figure II.13).

Figure (II.13) : Schéma sommaire d’un filtre réflexion sur l’arc

II.4.4.2 Méthodes d’échométrie en impulsion de courant

Le terme « impulsion de courant »fait référence au mode de détection des impulsions. En fait, on travaille effectivement avec des impulsions hautes tension qui seront produites soit à partir d’un générateur de tension, soit à partir d’un générateur d’ondes de choc.

Les grands principes de ces méthodes ont été découverts par le Docteur Phil GALE au milieu des années 1970 [12].

Figure(II.14) :Échométrie en impulsion de courant : montage

Elles sont fondées sur le principe suivant (figure II.14) : un courant 𝑖_𝑖 circule dans un conducteur et l’on place à proximité de celui-ci une inductance L fermée sur une résistance R; on mesure, aux bornes de R, une quantité proportionnelle à di/dt. De plus, vis-à-vis des phénomènes transitoires, L joue le rôle d’une antenne, qui capte principalement la fréquence dont le quart d’onde correspond à la longueur du câble (λ/4 =D). On peut donc avoir un échogramme sélectif. Lorsqu’une onde de choc est appliquée entre l’âme et l’écran du câble, le courant 𝑖_𝑖 circule comme indiqué sur la figure(II.14).

II.4.4.2.1 Méthode directe en tension

Cette méthode concerne uniquement les défauts de type isolement éclateur, et est exclusivement réservée aux réseaux sans dérivation(ou bien si un défaut est situé sur le 1^er tronçon, situé avant la 1^er dérivation).

On utilise donc le générateur de tension (courant limité à 10 mA) en injectant sur la seule phase en défaut. On doit sélectionner le coupleur linéaire situé sur la sortie du générateur, encore appelé coupleur commun, et on positionne l’échomètre dans le mode approprié, selon le modèle et la marque (figure II.15)

Figure(II.15) : Méthode directe en tension

On augmente la tension jusqu’à la relaxation. Dès qu’on atteint Ua, la tension d’amorçage, le défaut se comporte comme un générateur d’ondes de choc en concentrant toute l’énergie emmagasinée dans le câble/condensateur. Des deux Impulsions haute tension qui sont générées, seule celle qui revient vers le véhicule et l’échomètre est utile à la mesure. Lorsque l’impulsion passe au droit du coupleur linéaire (après réglage de l’amplification d’entrée), l’échogramme commence à se dessiner.

II.4.4.2.2 Méthode directe en choc

Cette méthode concerne tous les défauts de type isolement résistant, et est exclusivement réservée aux réseaux sans dérivation(ou bien si un défaut est situé sur le 1^er tronçon situé avant la 1^re dérivation). Les défauts éclateurs seront bien mieux pris en compte par la méthode directe en tension ou par la méthode de réflexion sur l’arc On utilise ici le générateur d’ondes de choc en injectant sur la seule phase en défaut. On doit sélectionner le coupleur linéaire situé sur la sortie du générateur, encore appelé coupleur commun, et on positionne l’échomètre dans le mode approprié selon le modèle et la marque (figure III.16).

On choisit la tension de choc en fonction du défaut éclateur, on règle la tension de choc à Ua+1 à 2 kV. Si le défaut est de type isolement résistant, on commence par sélectionner le calibre le plus bas (8 kV de 8/16/32 kV) et on augmente la valeur de réglage.

Seul, l’essai permettra de valider la tension de l’essai. L’émission du choc doit se traduire

clairement par un écroulement massif de la tension indiquée par le voltmètre. Au besoin, on passe sur le calibre supérieur.

Figure(III.16) : Méthode directe en chocs : schéma de raccordement II.4.5 traçage du câble

Il permet de déterminer le cheminement du câble et de suivre son tracé sur la voie publique.

Le dispositif est constitué d’un générateur installé à l’une des extrémités du câble injectant une fréquence dans celui-ci.

Un traceur comprenant une bobine de détection permet à un technicien de repérer le câble et de le suivre.

Figure (II.17) : montage de traçage du câble

Si on fait circuler un courant alternatif i dans un conducteur relié à la terre (l’écran du câble étant isolé), il existe en un point quelconque M, un champ d’induction magnétique à symétrie cylindrique proportionnel à i/r (où r est la distance du câble au point M)

On utilise un courant à fréquence comprise entre 400 et 1 200 Hz. [13]

Le détecteur est constitué d’une bobine à ferrite munie d’un amplificateur ; le casque permet l’écoute de l’image audible du signal. Tout en avançant dans le sens du câble, l’opérateur croise le tracé du câble en balayant le tracé présumé avec la canne de mesure.

II.4.5 Localisation précise du défaut

Les méthodes de prélocalisation ne permettent d’obtenir une mesure qu’avec une incertitude comprise entre quelques pourcents et jusqu’à 15 à 20 %. La précision de la mesure dépendra de la qualité du calibrage de l’échomètre, de la connaissance précise des caractéristiques de la liaison et de la méthode utilisée.

Il n’est pas raisonnable de prendre le risque de faire réaliser une ouverture de fouille sur cette prélocalisation. C’est économiquement irréaliste.

II.4.5.1 Méthode des ondes de choc

La méthode de l'onde de choc est basée sur la détection à la surface du sol de l'amorçage provoqué à l'endroit du défaut par l'onde de choc produite par un générateur raccordé à l'une des extrémités du câble.

Les ondes de choc sont produites par la décharge dans le câble, à travers un éclateur, de condensateurs de capacité C chargés sous la tension V à l’aide d’un générateur à courant continu.

L’intensité du bruit produit par les amorçages à l’endroit du défaut dépend, dans une large mesure, de l’énergie de chaque onde de choc, c’est-à-dire, finalement, de l’énergie W emmagasinée dans les condensateurs, qui s’écrit :

𝑤 =¹

2𝐶. 𝑈²

Pour effectuer la localisation dans de bonnes conditions, une énergie de charge des capacités de 1 000 J en BT et 2 500 J en MT ou en HT est nécessaire dans les zones urbaines. Pour obtenir la

Pour effectuer la localisation dans de bonnes conditions, une énergie de charge des capacités de 1 000 J en BT et 2 500 J en MT ou en HT est nécessaire dans les zones urbaines. Pour obtenir la

Dans le document Projet de fin d’études Pour l’obtention du diplôme de Master en : Domaine : SCIENCE ET TECHNOLOGIE Filière : GENIE ELECTRIQUE Spécialité : Réseaux électriques technique de la haute tension (Page 15-0)