Transitoire électromagnétique

L’analyse des transitoires électromagnétiques est un sujet important dans l’étude

des réseaux électriques. Les phénomènes transitoires doivent être analysés dans les étapes de conception des réseaux pour assurer leur optimisation et garantir leur robustesse. Optimisation implique opération proche des limites techniques et réduction des coûts. Robustesse sous entend continuité de service, fiabilité, sécurité et qualité. Par ailleurs, la compréhension des phénomènes transitoires est essentielle dans les analyses menées

quand surviennent des défaillances d’équipement (propre au réseau ou de mesure) ou des fonctionnements anormaux.

V.2 Calcul des perturbations induites par un impact indirect de foudre sur les câbles

Depuis 1994 la plupart des compagnies d’électricité ont pris la décision de ne plus

établir de nouvelles liaisons aériennes en deçà de 150 kV. A terme donc tout le réseau de distribution et progressivement celui de répartition se fera en câbles souterrains (figure

I.14). Aussi, pour le besoin de la téléconduite des réseaux électriques, de l’intégration des

énergies renouvelables, et la mise en place des réseaux électriques intelligents il est

indispensable d’associer un réseau de télécommunications chargé d’acheminer les données et les informations.

[30]

Les composants électroniques sensibles sont de plus en plus utilisés dans les systèmes d'alimentation électrique et de communication. Ces composants, par rapport aux composants électromécaniques utilisés dans le passé, peuvent subir des perturbations logiques ou des dommages à des niveaux significativement inférieurs d'interférences électromagnétiques induites.

Figure I.14. Différents types de câbles d’énergie et de télécommunications.

En conséquence, l'évaluation des perturbations induites par la foudre sur les câbles enterrés a attiré une attention considérable. Des exemples typiques sont les câbles

d’énergie enterrés pour réseau de distribution, les câbles collecteurs pour les parcs éoliens, les câbles de mesures et de télécommunications aériens ou enterrés.

Le but de notre travail est de présenter une méthode de calcul efficace pour estimer les perturbations induites par le canal de foudre sur les câbles enterrés (figure I.15).

[31] z’ H i(z’, t) Air sol ) , (E H Câble souterrain Canal de foudre

Figure I.15. Schéma général de notre problématique.

Dans ce cas, le couplage d’une onde électromagnétique sur un réseau filaire, pour

calculer les signaux parasites, peut être décomposé en plusieurs étapes indépendantes représentées par la synoptique de la figure I.16.

Figure I.16 Synoptique du calcul des courants et tensions parasites (induits) dans un câble.

V.3. Analyse de l’efficacité du blindage des câbles

Un câble (figure I.17) est généralement composé d’une âme, d’un isolant, d’un

blindage et d’une enveloppe synthétique (gaine).

Figure I.17. Câble blindé.

Les blindages électromagnétiques ont pour but de protéger des installations électroniques (ou électriques) contre les effets redoutables de certains couplages

Détermination du courant de foudre à la base du canal Calcul de la répartition des courants le long de du canal Calcul du champ EM le long du câble au-dessus ou au-dessous du sol par la

Calcul des courants

et des tensions

parasites dans le câble

[32]

électromagnétiques. Un blindage permet d’accroître l’immunité électromagnétique d’un équipement ; cette fonction est aussi réversible puisqu’elle peut réduire l’amplitude de

rayonnements indésirables. Face aux phénomènes de perturbations électromagnétiques, le blindage réagit comme une frontière physique, isolant les composants sensibles aux

perturbations ou confinant les sources rayonnantes dans un volume restreint.

Pour diverses raisons, surtout liées à la nature physique des matériaux qui

composent le blindage ainsi qu’aux contraintes technologiques imposées par leur

fabrication ou leur installation, cette frontière n’est pas totalement imperméable. Un

parasite résiduel peut donc pénétrer dans la zone protégée par le blindage.

L’efficacité des blindages électromagnétiques est évaluée par des grandeurs

mesurables, répondant à deux concepts physiques [I.25] : - l’atténuation d’un blindage qu’on exprime en dB ;

- l’impédance de transfert homogène à un paramètre linéique qui s’exprime en Ω/m.

V.4. Analyse de la sensibilité des différents paramètres de simulation

En plus de l’analyse de l’efficacité du blindage, nous analyserons éventuellement, si

les capacités de calcul le permettent, la sensibilité des différents paramètres (amplitude du

courant, le front de montée, la position du canal de foudre, profondeur d’enfouissement, conductivité du sol, …) sur les courants et tensions induits (signaux parasites).

Conclusion

Le développement de l’électronique et de l’électronique de puissance (très faible consommation en énergie) fait que de très nombreux systèmes électriques sont pollué par

l’intermédiaire des perturbations électromagnétiques. Ceci peut rendre leurs utilisations

délicates, voire dangereuses. Ces problèmes sont relativement récents et se manifestent à plus ou moins hautes fréquences. Il convient donc de connaître les causes de ces

perturbations ainsi que leurs conséquences pour d’une part, protéger les systèmes sensibles à ces perturbations et d’autre part limiter les causes de pollution occasionnées par les systèmes fautifs.

Dans ce premier chapitre nous avons introduit les différents éléments qui à la

problématique d’interférences électromagnétiques sur les câbles lors d’un impact indirect

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