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

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

Présenté Par :

1) HOUAIDJ Fatima 2) KEDDAR Cherifa

Devant les jurys composés de : Président : Dr M. AISSOU

Examinateur : Melle A. TOUHAMI Encadrant : Dr.FATMI Molay

Co encadrant : INGS.BOUTALEB Ahmed

Année universitaire 2014/2015

Résumé

Pour localiser un défaut sur une liaison souterraine, il faut d’abord réaliser une prélocalisation depuis l’extrémité de la ligne. Les méthodes utilisées par RTE en fonction des différents types de défauts ou d’ouvrages, sont toutes basées sur la propagation d’ondes dans l’isolation du câble et sur la mesure du temps de propagation entre deux échos. On parle ainsi de méthodes échométriques. Dans un second temps, on affine la localisation sur place par méthode acoustique : un opérateur équipé d’un géophone de sol écoute les amorçages du défaut provoqués par l’injection d’ondes de choc depuis une extrémité de la liaison.

Mots clés : la localisation des défauts ; injection ; la propagation d’ondes.

Introduction générale………..01

Chapitre I : technologie des câbles électriques I.1- définition………..02

I.2- constitution……….02

I.2.1- l’âme conductrice……….02

I.2.2- enveloppe isolante………..04

I.2.3- écran semi-conducteur intérieure………04.

I.2.4- écran semi-conducteur extérieure………..04

I.2.5- écran métallique………05

I.2.6- gain de protection……….05

I.3- câble à champ radial………05

I.4- câble à champ non radial……….05

I.5- types des câbles et domaine d’utilisation………06

I.5.1- câble à basse tension………..06

I.5.2- câbles moyenne tension………07

I.5.3- câbles à haute tension………...07

I.6- classification générale des principaux types des canalisations……….08

I.6.1- pose des câbles armés en tranchée………..08

I.6.2- pose des câbles en caniveau………..09

I.6.3- pose des câbles en galerie………10

I.7- Conclusion……….10

Chapitre II : méthodes de localisation défaut câble II.1- Introduction……….11

II.2- Origines des défauts………..11

II.2.1- Origine externe………12

II.2.2- Origine interne……….12

II.3- type des défauts……….13

II.3.1- Défaut d’isolement résistant………...13

II.3.3-Défaut de continuité………...14

II.4- généralité sur les méthodes de détection et localisation des défauts ……….15

II.4.1- Pré-localisation du défaut………..15

II.4.1.1- Méthodes de pont………...15

II.4.1.2- méthode de boucle de Murray………..….15

II.4.1.3- Boucle de Murray avec dérivations……….….16

II.4.2- méthode par mesure de capacités………..16

II.4.3- Méthode des ondes stationnaires………...18

II.4.4- Méthodes échométriques………..20

II.4.4.1- méthode échométrique en impulsion BT……….20

II.4.4.1.1- Méthode de réflexion sur l’arc………..20

II.4.4.2-Méthodes d’échométrie en impulsion de courant………..21

II.4.4.2.1-Méthode directe en tension………..22

II.4.4.2.2- Méthode directe en choc………...23

II.4.5- traçage du câble………..24

II.4.6- Localisation précise du défaut………24

II.4.6.1- Méthode des ondes de choc………...25

II.4.6.2- détection des amorçages………25

II.5- Conclusion………..26

Chapitre III : méthode des ondes mobiles III.1 Introduction………..27

III.2 Modélisation des lignes……….27

III.3 Résolution numérique………29

III.4 méthode des ondes mobiles……….31

III.4.1 principe de la méthode………..31

III.4.2 diagramme de Bewley……….…32

III.4.2.1 Lois physique exploité pour la détection et la localisation de défaut……….32

III.4.2.2 Construction du diagramme……….33

III.4.3 Etude de propagation d’onde mobile par la méthode de Bergeron………36

III.4.4 principe d’onde mobile par la méthode de transforme de Laplace………..37

III.5 méthode de la distance de défaut du câble……….38

III.5.2 Caractéristique du câble……….38

III.5.3 Injection d’un signale………38

III.6 Conclusion………39

Conclusion Générale………..40

Introduction générale :

Le développement des réseaux souterrains de transport et de distribution d’énergie électrique, ainsi que la nécessité d’augmenter la disponibilité incitent à mettre en œuvre des moyens simples et rapides.

A travers cette étude nous allons analyser des méthodes précises qui permettent, grâce à une bonne localisation de réduire le temps et le coût de réparation et les différentes méthodes, mettons en lumière leurs intérêt et inconvénients avec présentation du matériel existant pouvant répondre aux différents besoins.

La détection et la localisation de défauts sont dès lors une composante de plus importante pour cette gestion. Dans les réseaux électriques, il existe plusieurs types de défauts (isolement, continuité). Lors de l’occurrence de ces défauts, les exploitants doivent avoir connaissance de l’existence du défaut, l’isoler et le réparer le plus rapidement possible pour réalimenter les clients. Ces actions constituent la détection et localisation de défauts dans les réseaux électriques [1].

Ce travail a pour but de définir des conditions et des méthodes pour méthodes, notamment la méthode des ondes mobiles pour mener à bien la localisation des défauts sur les câbles à l’aide de minimum de matériel spécialisé.

Il regroupe trois chapitres :

Chapitre I : on représente les câbles d’énergie passant par leur structure et le rôle de chaque composant ainsi le déférent mode de pose souterrain.

Chapitre II : on traite les déférents types de défaut (origines- types), et les déférentes méthodes de prélocalisation à savoir méthode de boucle et échométriques (BT-HT) puis nous finalisons par une technique de localisation précise.

Chapitre III : est basé en premier lieu, sur l’étude de la méthode des ondes mobiles (Bewly, Bergeron, la place), et en deuxième lieu sur calculer le temps de distance de défaut.

I.1 définition

Un câble électrique désigne un regroupement de fils conducteurs avec parfois un blindage électromagnétique extérieur. Un câble électrique peut être utilisé pour le transport d'énergie électrique mais aussi pour la transmission de données.

Un câble électrique est constitué de fils de cuivre isolés souvent torsadés et peut comporter de deux à plusieurs centaines de fils.

I.2 Constitution

Figure (I.1) : Coup d’un câble souterrain I.2.1 L’âme conductrice

L'âme conductrice ou conducteur, est faite soit de cuivre soit d'aluminium. Sa principale caractéristique est son ampacité et sa résistance. Le cuivre ayant une meilleure conductivité électrique que l'aluminium, son usage permet une réduction de la section du câble ainsi réduite et réaliser une substantielle économie sur les éléments constitutifs. [2]

L’âme peut être :

• en cuivre recuit, nu ou revêtu d’une couche métallique

• en aluminium ou en alliage d’aluminium, nu ou revêtu d’une couche métallique

• en aluminium plaque de métal revêtu ou non d’une couche métallique La couche métallique de revêtement peut être :

• dans le cas de cuivre : de l’étain, un alliage d’étain ou de plomb

• dans le cas de l’aluminium : du cuivre, du nickel ou de l’étain a) Les conditions de construction des âmes conductrices

Bonne conductibilité : pour réduire les pertes lors du transport de l’énergie résistance mécanique : suffisante pour éviter la rupture du conducteur sous l’action des efforts au moment de la pose des fixations et du serrage de connexions.

Bonne souplesse : pour faciliter le passage des conducteurs dans les conduits, respecter le tracer de la canalisation alimenter les appareils mobiles.

Bonne tenue à la corrosion : due aux agents atmosphérique et aux environnements chimiques.

Bonne fiabilité : des raccordements par une bonne résistance aux effets physico-chimiques des contacts.

a) Forme des âmes

La section droite de l’âme peut être :

 Les âmes câblées de section circulaire (figure I.2)

 Les âmes sectorielles (figure I.2)

I.2.2 enveloppe isolante

a) caractéristique général :

Cette enveloppe doit assurer une bonne isolation de l’âme conductrice et doit posséder les caractéristiques suivantes :

• Généralement une bonne isolation

• Une résistivité élevée

• Une très bonne rigidité diélectrique De faibles pertes diélectriques b) Choix des matériaux

Caractéristique déroulant de leur condition d'emploi dans les câbles en fonction des influences externes.

Les matériaux les plus utilisés sont :

• Le polychlorure de vinyle (PVC) Le caoutchouc butyle vulcanisé.

• Le polyéthylène réticule (PRC)  Ecran semi-conducteur :

L’écran semi-conducteur est utilisé dans un câble d'énergie à courant continu pour la moyenne, haute et très haute tension. [4]

I.2.3 écran semi-conducteur intérieure

L'écran semi-conducteur intérieur est un composite qui comprend une couche de conductivité électrique volumique longitudinale élevée, typiquement supérieure à 0,1 S/m entre 20 et 90°C, et de préférence supérieure à 5 S/m à ces températures, en contact avec l'âme conductrice

I.2.4 écran semi-conducteur extérieure

Une couche susceptible d'injecter une faible quantité de charges d'espace dans la couche d’isolation après polarisation, de sorte que la quantité de charges d'espace injectées depuis l'écran dans la couche d'isolation électrique est typiquement inférieure à 200 nC entre 25 et 70°C, étant en contact avec la couche d'isolation électrique.

I.2.5 écran métallique :

Le modèle présenté est un câble électrique à écran métallique utilisable notamment pour le transport ou la distribution d'électricité à très haute tension. De tels câbles électriques comprennent généralement un conducteur isolé autour duquel s’étend un écran formé d’un ruban métallique en aluminium ou en cuivre [5].

I.2.6 gain de protection

La gaine ou enveloppe de protection extérieure est une garniture continue et uniforme entourant le conducteur ou l’ensemble de conducteurs et assurant la protection de ces conducteurs contre l’humidité et les détériorations d’origine mécanique ou chimique. Elle protège aussi contre les dommages mécaniques et des pertes d'huile provenant du câble.

On distingue deux types de câble selon le champ produit : [6]

I.3 câble à champ radial

Un câble à champ radial C’est câble dont les lignes de champ sont perpendiculaires à la courbure de l’écran figure (I.3), il est obtenu en disposant l’écran métallique relie à la terre atour de conducteur isolé.

Câble unipolaire Câble tripolaire Figure (I.3) : câble à champ radial

I.4 câble à champ non radial

Un câble à champ non radial est un câble dans les lignes ne sont pas perpendiculaires à la courbure de l’écran figure (I.3) il est généralement isolé par un mélange PVC et reste limité à des tensions de 15 KV, utilisée dans l’industrie et posé sur parois.

Figure(I.3) : câble à champ non radial

I.5 types des câbles et domaine d’utilisation

Nous allons présenter les principaux types des câbles utilisés actuellement en BT et MT et HT [7] . I.5.1 câble à basse tension

La tension nominale courante est de 230 ou 400 V, L’isolant de ce câble est en manière synthétique, l’âme généralement en aluminium (figure I.4). Une application courante est le réseau aérien, posé en façade d’immeuble, ou tendu entre supports ou dans un locale d’énergie électrique.

Figure(I.4) : câble à basse tension

I.5.2 câbles moyenne tension

Leur tension est de 3 à 45 KV, ils sont très utilisés sur les réseaux de distribution d’énergie électrique. Anciennement isolés au papier imprégné (figure I.5), ils sont remplacés à présent par des matières synthétiques entrainant une réduction du cout et une plus grande facilité de pose (mécanique….) et de mise en œuvre [7].

Figure (I.5) : câble à moyenne tension I.5.3 câbles à haute tension

Ils sont principalement utilisés sur de courtes longueurs (quelques centaines de métré à 2 ou 3 Km), pour assure l’évacuation de la puissance de certaines centrales thermiques ou assurer l’alimentation des auxiliaires des centrales nucléaire, lorsqu’il n’est pas possible de faire par ligne aériennes. Leur puissance unitaire peut atteindre 1300 MVA En 225 KV, 90KV et 63 KV la principale application est constituée par les artères de pénétration dans les grandes agglomérations, leur puissance unitaire est comprise entre la centaine de méga voltampère et 600 MVA [7].

Figure (I.6) : Câble à haute tension

I.6 classification générale des principaux types des canalisations

1.6.1 pose des câbles armés en tranchée a) Opération du déroulage

Placer la bobine sur vérins, de préférence l’extrémité du câble à dérouler venant de dessous, pour supprimer les coups fouet. [3]

Figure (I.7) : Coupes des tranchées pour câbles armés souterrains 1- Trois câbles à conducteur unique

2- Disposition d’un câble dans un fourreau de grés pour la traversée d’une rue 3- Câble haute tension disposé sous faitières en ciment

Après avoir fait tourner plusieurs fois la bobine pour vérifie son horizontalité, on attache par plusieurs demi-clefs une corde sur l’extrémité du câble.

On peut également utiliser un grippe-câble relié par un mousqueton à une corde.

L’effectif nécessaire au déroulage d’un câble peut s’élever à 40 hommes, pour 200 mètres de câble de 10 à 15Kg au mètre.

Les hommes se placent à l’arrière des galets face à la bobine et tirent sur le câble au coup de sifflet, sur le commandement du chef d’équipe.

b) Réglage du câble

Le tirage terminé, laisser tous les hommes en place dans la tranchée, le câble restant sur galets.

Placer le câble dans la fouille en commençant par l’extrémité libre et en retirant les galets sur 20 ou 30m environ.

Faire donner par la bobine le mou nécessaire pour que le câble soit à sa place définitive.

Enlever les galets sur les 20 ou 30 mètres suivants et procéder de la sort jusqu’à la bobine.

I.6.2 pose des câbles en caniveau

Les câbles uniques à haute tension se placent fréquemment dans les caniveaux.

Ceux-ci sont constitués par les éléments en béton armé assemblés.

Les caniveaux pour câbles haute tension sans revêtement ferreux sont constitués par des éléments en deux pièces, l’une servant de logement aux câbles, l’autre de couvercle.

Figure (I.8) : différents modèles de caniveaux pour câbles armés.

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 :

1. Procéder à son déroulage avec un nombre suffisant de galets en évitant le ripage.

2. respecter son rayon de courbure aussi bien pendant le déroulage qu'après la pose.

3. Le noyer dans un lit de sable fin.

II.2.2 Origine interne

• Défaut de fabrication

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.

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

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

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

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

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

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 plus grande énergie dissipée au défaut il y a lieu d'utiliser la plus haute tension - que peut supporter sans dommage le réseau (il est recommandé de mettre l’extrémité opposée du câble à la terre pour éviter un doublement de la tension à cette extrémité). Cette tension maximale admissible,

déterminée par l'écartement de l'éclateur ou le réglage du générateur à courant continu, est fonction de l'état des câbles et des accessoires. Elle doit rester inférieure à 3 x U0 (U0 étant la tension

spécifiée du câble). Cette limite peut être portée à 4 x U0 pour les câbles neufs.

Figure(III.18) : Principe des ondes de choc

II.4.5.2 détection des amorçages

 Détection acoustique

Un ou plusieurs agents sont envoyés dans la zone présumée pour déceler le bruit provoqué par l'amorçage des ondes de choc au droit du défaut.

L'écoute peut se faire à l'aide

 de stéthoscopes constitués par une tige isolante de longueur 1,2 m environ, terminée par une plaquette de bakélite ;

 de sismophones à mercure, appareils beaucoup plus sensibles que les précédents ;

 d'appareils à amplificateur électronique à microphone ou capteur de vibrations. Avec ces appareils, pour opérer dans des conditions favorables, il ne faut pas pousser l'amplification au maximum, mais au contraire rester à la limite d'audibilité afin d'avoir une grande sensi- bilité.

 Détection électromagnétique

Une bobine raccordée à un oscilloscope détecte le champ magnétique dû au courant de décharge. Le sens du signal s'inverse à l'endroit du défaut [10].

Figure(III.19) : détection acoustique et électromagnétique.

II.5 Conclusion

La recherche de défauts sur les câbles d’énergie se réalise en trois étapes : l’identification, la prélocalisation, puis la localisation précise. Ce chapitre décrit les méthodes de prélocalisation, autres que l’échométrie, notamment la méthode de la boucle de Murray. Compte tenu de l’incertitude des mesures de prélocalisation, des méthodes permettant de localiser les défauts avec plus de précision sont nécessaires.

Dans le chapitre suivant, les méthodes ondes mobiles de localisation du défaut seront présentées et discutée. La Méthode de Bewley sera particulièrement détaillée.

III.1 Introduction :

La protection de l’environnement se traduit depuis plusieurs années par l’augmentation du nombre de réseaux électriques enterrés.

Dans les villes modernes les câbles souterrains ont supplanté les lignes aériennes de transport d’énergie électrique. La détection et la localisation de défauts dans ces câbles revête un intérêt majeur pour la maintenance et la continuité de service. Diverses méthodes ont été développées dans ce but, parmi celles-ci on trouve la méthode des ondes mobiles qui exploite un principe de la physique basé sur la loi de propagation des ondes mobiles. Sur ce type de réseau, lorsqu’un dysfonctionnement survient en phase d’exploitation, procéder au remplacement complet de la liaison électrique endommagée peut s’avérer très long et coûteux. La méthode des ondes mobile trouve son intérêt et rend la détection et la localisation d’éventuel défaut aisé. Dans ce chapitre nous allons exploiter une des méthodes des ondes mobiles celle de Bewley

III.2 Modélisation des lignes

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 ou des fonctionnements anormaux.

La méthode de diagnostic des lignes repose sur la théorie des lignes, qui permet de modéliser le comportement électrique des lignes de transmission.

Afin de mieux appréhender leur principe, nous commençons par exposer les bases de cette théorie pour un cas simple de ligne de transmission de longueur l. [14]

Une ligne de transmission peut être modélisée par une succession de tronçons élémentaires (modèle dit à constantes réparties), chacun représenté par le schéma de la Figure (III.1),

où

L représente l’inductance linéique [H.m−1], C la capacité linéique (F.m−1), R la résistance linéique [ῼ m−1] et G la conductance linéique [S.m−1].

Les éléments R, L, C, G sont appelés paramètres primaires de la ligne. L’application des lois de Kirchhoff aboutit aux équations 1.1 et 1.2 qui conduisent aux équations des télégraphistes (cf.eq.1.3 et 1.4).

L’équation différentielle qui régit une ligne de transmission dont les paramètres ne varient pas en fonction de la fréquence, est obtenue en analysant une section infinitésimale de ligne ∆x (figure III.1). La ligne est connectée aux deux nœuds k et m.

Figure(III.1) : modèle à constante réparties

Les solutions de ces équations résultent de la combinaison d’une onde incidente (v+ et i+) et d’une onde réfléchie (v− et i−) se propageant à la vitesse Vg dans le câble.

( , )

= − . ( , ) − ^{( , )} (1.1)

( , )

= − . ( , ) − ^{( , )} (1.2)

² ( , )

² = . ^{² ( , )}

² + ( . + . ) ^{( , )}+ . . ( , ) (1.3)

² ( , )

² = . ^{² ( , )}

² + ( . + . ) ^{( , )}+ . . ( , ) (1.4)

Le courant et la tension, le long du câble peuvent être exprimés en régime harmonique sous cette forme :

V(x, w, t) = V(x, w).

I (x, w, t) = i(x, w) .

étant la pulsation (rad/sec)

( , ) = + = ( ). ( , ).

= ( + ). ( + ) = + = (1.5)

 Représente la constante de propagation et zc l’impédance caractéristique de la ligne. Elle devient un imaginaire pure dans le cas d’une ligne sans pertes (r = 0 /m ; g = 0 S/m) et la vitesse de

propagation vg devient égale à : =

√

III.3 Résolution numérique

La solution à ces équations peut être obtenue par simulation numérique :

L'équation du télégraphiste régi l'évolution des impulsions électriques (phénomènes transitoires) dans les lignes de transmission :

²

=

²

+ ( + ) + (3.1)

où :

V = tension en x au temps t

L = inductance en par unité de longueur C = capacité

R = résistance

G = admittance ( inverse de la résistance d'isolement par unité de longueur), responsable de l'atténuation.

Si l’on néglige les pertes :

²

²

=

²

+ (3.2)

L'ajout d'un terme comportant la dérivée première compliquera le traitement par les différences finies.

III.4 méthode des ondes mobiles

III.4.1 principe de la méthode

Pour étudie les problèmes dans les câbles souterrains par la méthode des ondes mobiles, on représente le câble par certaine inductance L, et d’une certaine capacitance C.

La distribution graduelle de la tension peut être assimilé à une onde de tension se déplacement d’une extrémité à l’autre avec un certain retard.

Ainsi ces ondes de tension appliquées au tronçon du câble et les ondes de courants qui leur sont associées se propagent la longe de câble.

Ces ondes sont appelées « les ondes mobiles » [15]

III.4.2

C'est la méthode classique pour déterminer la tension u(x,t) à des points discrets le long d’une ligne ou d’un câble. Elle permet de donner la position et la direction de toute onde incidente, transmise ou réfléchie. Elle consiste à additionner toutes les tensions (incidentes et réfléchies) arrivées au point x durant l'intervalle [0, t].

III.4.2.1 Lois physique exploité pour la détection et la localisation de défaut

La propagation d’une onde le long d’un milieu homogène ne donne lieu à une réflexion que si l’onde rencontre une discontinuité du milieu suite à un changement de sa caractéristique propre.

Donc si on injecte une onde le long d’un câble ou d’une ligne, chaque changement de son impédance caractéristique donne lieu à une réflexion. Cette propriété a été exploitée par Bewley pour élaborer sa théorie sur les ondes mobiles.

Considérons une ligne de longueur L, avec les constante réparties : r ; l ; g; c γ est la constante de propagation de la ligne de transmission, et

E est l'amplitude de l'onde de tension au niveau de l'extrémité émettrice.

Alors l'amplitude et la phase de l'onde qu'il atteint une section distance x de l'extrémité d'envoi est Ex donné par :

= = ^{( )} = . (3.4)

: Atténuation sur x (α coefficient d’atténuation [neper/km]

Changement de phase sur x (β angle de phase [rad/ km]

K facteur d’atténuation de la ligne =

Soit est le temps nécessaire à une onde de transiter d’une extrémité la ligne à l'autre et k le facteur d'atténuation correspondant.

Quand une onde incidente franchie une jonction entre deux ligne d’impédance Z1 et Z2 une partie

 sera transmise le reste, sera réfléchi.

en traversant la 2^ème ligne de coefficient d’atténuation k sa valeur sera réduite à (k - ) III.4.2.1 Construction du diagramme

 Position des extrémités de lignes proportionnelle au temps de transit de chaque ligne

 Les ondes ne peuvent que diminuer avec le temps

 L’historique des ondes est lisible sur le graphe

 La tension de l’onde à l’arrivée est celle de l’entrée multipliée par le coefficient d’atténuation.

Soient : une ligne de A vers B ouverte en B

 un échelon de tension unitaire 1

 t temps de transit de la ligne et  le coefficient d’atténuation avec = ^

 à t = t l’onde en B atténuée devient

 à t = 2t l’onde est en A atténuée devient

 Le générateur tend à maintenir l’échelon envoi dans le réseau une tension (- )

 à t = 3t l’onde est sur B réfléchie sans changement de signe d’amplitude −

 à t = 4t en A − réfléchie avec changement de signe + est ainsi de suite

Figure(III.2) : Diagramme de Bewley

A l’extrémité de ligne la tension est double de celle de l’entrée (réflexion totale sans changement de signe) ceci peut aussi être obtenu avec le coefficient d’atténuation ou par la somme des ondes incidente et réfléchie

• A tout instant la tension Vr en B est la somme de toute les tensions arrivées en B , donc après n réflexion

= 2( − + − + ⋯ + )

= 2 ^{( )}

( )

(3.3)

Quand t → ∞ , n → ∞ Vr =

(1- ) > 0 (1 + ) > 2 donc < 1

Donc la tension reçue est plus faible que celle émise (à cause de la chute de tension en ligne dû au courant capacitif, la ligne étant ouverte)

Dès que k est proche de l’unité, la réduction est très faible Exemple : k = 0,9 la valeur est de ^.

. = 0.9944

La modélisation préliminaire du système triphasé en un circuit équivalent monophasé facilite l'étude des transitoires dans l'ensemble des trois phases.

Le développement de l'expression de la tension en tout point le long du câble dans le domaine temporel est aussi rendu facile.

Ce développement permet de prédire avec précision la fréquence d'oscillation ainsi que le niveau de tension, non seulement à l'extrémité du câble, mais égalent en tout point le long de celui-ci.

Le calcul de certains paramètres tel que : le niveau maximal des pics de tension, la fréquence des oscillations et la longueur critique du câble est rendu facile.

Pour notre cas d’étude le point de changement de l’impédance caractéristique représente un défaut dans le câble. On suppose un défaut entre les deux extrémités A et B, ce qui est traduit physiquement par un changement de l’impédance du câble. Le diagramme de Bewley devient alors le suivant :

Figure (III.3) : Exemple de déterminer le temps de défaut

 Analyse du diagramme :

Si à t = 0 on injecte une onde depuis l’extrémité a du câble d’impédance caractéristique connue Zc, Soit t le temps de propagation de l’onde à travers le câble, il est proportionnelle à la distance d séparant les deux extrémités A et B ainsi qu’à la vitesse de propagation dans le câble. Cette vitesse est elle-même dépendante de l’impédance caractéristique du câble Zc.

= 1

√LC

Dans le cas où ce câble est saint l’onde se propage sans réflexion jusqu’à l’extrémité B. Elle met un temps égale à deux t pour rejoindre l’extrémité A.

t = d

Dans le cas où ce câble est endommagé l’onde se propageant de A vers B, subit une réflexion au point du défaut (toujours à cause du changement de l’impédance du défaut). La partie réfléchie rejoint l’extrémité A en un temps t’ inférieur à 2t. Connaissant la longueur et la caractéristique du câble on peut avoir la certitude de la présence d’un défaut sur ce câble. La localisation de ce défaut devient ainsi simple par l’analyse du temps de réponse (t’ : temps que met la première onde à rejoindre l’extrémité d’injection)

2 = t′

Cette méthode est exploitée dans plusieurs appareils de détection et de localisation de défauts dans les câbles souterrains.

x

A

t

B

2t

Point de défaut

0

t'

III.4.3 Etude de propagation d’onde mobile par la méthode de Bergeron

La méthode du diagramme Bergeron est une méthode graphique valable pour les modèles linéaires et non linéaires permet de calculer le délai d'un signal électromagnétique sur une ligne de transmission électrique.

Cette méthode, basée sur les équations différentielles est pratique avec des impédances de source et de charge non linéaires.

Soit une ligne de longueur L et d’impédance caractéristique = ⁄ , alimentée par un générateur délivrant un échelon de tension V0

En utilisant la méthode Bergeron, sur le graphique caractéristique IV, démarrer à partir du point de régime avant la transition, puis déplacer le long d'une ligne droite avec une pente de Z0 (Z0 est l'impédance caractéristique de la ligne) à la nouvelle caractéristique; puis déplacer le long des lignes avec -Z0 ou + Z0 pente jusqu'à ce que la nouvelle situation de régime est atteinte.

La valeur est considérée toujours la même à chaque réflexion, car la méthode Bergeron est utilisé uniquement pour premières réflexions.

III.4.4 principe d’onde mobile par la méthode de la transforme de Laplace

La méthode de Laplace est une méthode numérique permettant la résolution des équations de différentielles du second ordre telles que les équations de propagation des ondes sonores et des ondes électromagnétiques (dont la lumière). La fonction d'onde inconnue est notée u(x,y,z,t), t représentant le temps :

²

² = ^²

²= ^²

² = (3.4)

Le nombre c représente la célérité ou vitesse de propagation de l'onde u.

En notation d'analyse vectorielle, en utilisant l'opérateur Laplacien ∆:

= ( , , , ) , fonction d'onde.

∆ =

²

²

²

III.5 méthode de la distance de défaut du câble

Cette méthode n’est applicable que si l’on connaît avec précision :

 le parcourt du câble, bien repéré sur les plans,

 Le câble sans dérivations, un seul départ,

 La structure du câble est homogène, sections, isolants …,

 Les déconnexions des extrémités du câble peuvent être toutes effectuées possibilité d’accès, Weekend, jour fériés,

 Matériel de détection adapté au niveau de tension.

Connaissant la valeur de l’impédance caractéristique du câble : L (mH) et C ( F), on calcule la vitesse de propagation dans le câble. Cette valeur est Introduite dans l’appareil de mesure afin de donner le temps de propagation

III.5.1 Exemple de défaut réel

Pour illustrer l’efficacité de la méthode de Bewley on s’est rapproché du service de recherche de défaut pour l’ouest, qui nous ont informé du défaut câble électrique survenu à Sidi Ben Adda, défaut entre poste 6761 et poste 6969, issue du poste ATE 60/30/10 KV, alimenté par transformateur 30MVA. Ils nous ont fourni les données sur le câble, impédance caractéristique, longueur totale,

III.5.2 Caractéristique du câble C = 0.88 / ∶capacité du câble L=0.265mH /Km : l’impédance du câble

=√ =65487.8 m/s : la vitesse de propagation dépend de la nature du conducteur.

d= 240m : la distance totale du câble.

( Déduction du temps de propagation) d = v Ü = / = 0.003665 s : Temps que met la première onde à rejoindre l’extrémité d’injection

III.5.3 Injection d’un signale

Si < 2 Ü présence de défaut Ü localiser le défaut

= Ü =

′ ne dépend pas de d, il est lie directement à la distance de défaut x.

Si < 2 → Ǝ défaut à x

On a fixé le ′ par exemple → = 1.2 → = 1.4 → = 1.5 → = 1.6

é é Ü =0.0044 s

= v /2 =144 m

Puisque < 2 , = 1.2

Le temps fourni par l’appareil est inférieur au temps d’aller et de retour de l’onde sur la longueur totale du câble, l’indication de l’appareil a permis la localisation du le défaut à la distance calculée.

III.6 Conclusion

Ce chapitre présente les concepts nécessaires à l’utilisation des méthodes de détection des défauts dans les câbles souterrains tels que les ondes mobiles (Bewley, Bergeron, la place). La méthode des ondes sonores reste la plus exploitée en Algérie grâce à sa capacité de localisation en absence d’indication sur les plans du parcours exacte du câble. Le signal sonore n’est audible que si le détecteur se trouve à la verticale du défaut. Néanmoins pour d’autres applications telles que la Vérification des caractéristiques suivantes :

 Atténuation,

 Para diaphonie,

 La diaphonie,

 La Réflectométrie,

Des équipements existent tel que le Testeur de câbles AFDX (FLUKE 4300) très utilisé en aéronautique pour garantir l’intégrité du câblage AFDX (Avionics Full DupleX), réseau de communication dérivé du réseau Ethernet et des protocoles d’Internet.

L’ (OTDR, réflectomètres optique dans le domaine temporel est utilisé pour certifier les performances de liaisons en fibres optiques et pour détecter d’éventuels problèmes de liaisons.

Conclusion générale

Dans les villes modernes, pour des raisons d’esthétique et de protection de l’environnement, les câbles souterrains ont supplanté les lignes aériennes de transport d’énergie électrique. Sur ce type de réseau, lorsqu’un dysfonctionnement survient en phase d’exploitation, procéder au remplacement complet de la liaison électrique endommagée est très long et coûteux. La détection et la localisation rapide de défauts dans ces câbles revête donc un intérêt majeur pour la maintenance et la continuité de service. Diverses méthodes ont été développées dans ce but, parmi celles-ci on trouve la méthode des ondes mobiles qui exploite un principe de la physique basé sur la loi de propagation des ondes électrique. Nous avons dans cette contribution présentée les trois méthodes d’ondes mobiles, et discuter celle développée par Bewley. De par sa simplicité elle est la base ce calcul de certains équipements de détection. Elle donne l’image de l’onde de tension courant en tout point de la ligne investiguée.

D’autres méthodes sont en cours de développement dont une par la compagnie Japonaise de l’électricité, particulièrement intéressante du point de vue rapidité de détection de défaut. Deux capteurs d’onde, relié au satellite par liaison GPS, sont installés sur les deux extrémités de la ligne à surveiller. La détection d’éventuels défauts est alors réalisée en un temps record, ce qui laisse le temps pour les moyens de protection d’agir et isoler la ligne en défaut.

[1] « localisation de défaut dans les câbles souterrains » mémoire d’ingénieur – universités de sidi Bel Abbes.

[2] câble –électrique-à-haute tension.

[3] « localisation des défauts dans les câbles électriques »fin études –universités de Sidi Bel Abbes.

[4] EP1280167B1 « écran semi-conducteur » [5] EP2224459 « écran métallique »

[6] « localisation de défaut dans un câble d’énergie » fin d’étude – centre universitaire d’Ain T’emouchent.

[7] Michel pays « câble transport d’énergie »technique de l’ingénieur, D4520.

[8] « localisation des défauts dans les câbles électriques »fin études –universités de Sidi Bel Abbes année 1987.

[9] « câbles d’énergie : recherche et identification de défaut », [D4541v2].

[10] localisation des défauts des câbles, HN/41_M-01, juillet 1979.

[11] « prélocalisation des défauts [D4542].

[12] « Câbles d’énergie : théorie de l’échométrie » [D4543].

[13] « Câbles d’énergie : méthodes de localisation des défauts » [D 4 544]

[14] Clayton R. Paul. Analysis of Multiconductor Transmission Lines. Sous la dir. De Kai Chang. John Wiley et Sons, 1994.

[15] « localisation de défaut dans les câbles souterrains » mémoire d’ingénieur – universités de sidi Bel Abbes.