Soutenance mémoire
Dans notre monde industrialisé, la fée électricité comme beaucoup l’appellent et omniprésente. Issue de diverses sources primaires possible, énergie électrique produite en centrale doit ensuite être acheminée vers les usagés via des lignes électriques de transport et de distribution. Ces lignes souterraines ou aériennes, jouent un rôle aussi fondamental que celui des centres de production. En amenant sous tension d’usage l’énergie vers les consommateurs, elle augmente la valeur intrinsèque de cette énergie. Ceci justifie les dépenses d’investissement et d’exploitation nécessaires à ce transport et cette distribution. L’ensemble de ces lignes de transport et de distribution formé un réseau qui un certain nombre de fonction et de comportement q’il faut définir, mettre en œuvre, maîtriser grâce à une conception et une exploitation convenable, ce sont ensuite des ouvrages et du matériels, lignes aériennes et souterraines, postes, câbles, appareillages, transformateurs, parafoudres, paratonnerres, … etc. L’amélioration de l’efficacité des réseaux électriques ce fait par la protection de ceux-ci contre les différents phénomènes tels que les surtensions de foudre qui se propagent le long d’une ligne électrique subissent une déformation sous l’influence de l’effet couronne, cette atténuation qui superpose à une distorsion par effet de peau (effet pelliculaire) est due à la dissipation supplémentaire d’énergie par injection de charges d’espace autours des conducteurs dès que la tension d’effet couronne est dépassée .
Origine des surtensions atmosphériques
La foudre est un phénomène naturel dont les effets sont spectaculaires et destructeurs. Il est important de remarquer que toutes les régions ne sont pas identiquement exposées à ce phénomène : il existe généralement une carte des niveaux kérauniques pour chaque pays pour une détermination plus précise de l’exposition d’un lieu, il faux se référer aux cartes éditées par des sociétés spécialisées dans la détection des orages et des phénomènes associés. La foudre est liée à la formation de nuages orageux qui, avec le sol, constituent un véritable dipôle. Le champ électrique au sol peut alors atteindre 20 KV/m par bonds successifs, un traceur se développe entre le nuage et le sol créant le canal ionisé dans lequel circule l’arc en retour ou coup de foudre (Fig.1.01).
En fonction de la polarité du nuage par rapport au sol, il est question de coup négatif (nuage négatif) ou positif (nuage positif), et selon l’origine du traceur, le coup est ascendant ou descendant. Il a été observé que dans les pays à climat tempéré, la majorité des coups de foudre sont négatifs, mais les plus énergétiques sont les positifs. Les effets des coups de foudre font l’objet de deux approches :
➤ Lorsque l’élément étudié est celui qui reçoit la foudre, c’est le cas de coup de foudre direct.
➤ Lorsque l’élément étudié ne subit que des effets, c’est le coup de foudre indirect.
Coup de foudre direct
Le coup de foudre direct est celui qui atteint directement les installations électriques (lignes aériennes, postes,…). Son énergie est importante puisque 50% des coups de foudre dépassent 25 KA crêtes et 01% sont audelà de 180 KA. La raideur de ces décharges peut atteindre 100 KA/µs .
Coup de foudre indirect
C’est la manifestation à distance d’un coup de foudre direct. Ses effets sont abordés selon trois aspects : les surtensions conduites, l’élévation du potentiel de terre et le rayonnement.
➤ Des surtensions conduites font suite à un impact sur des lignes aériennes, elles peuvent atteindre plusieurs centaines de Kilovolts.
➤ Une élévation du potentiel de terre lorsque le courant de foudre est écoulé par le sol, cette variation du potentiel de terre touche les installations lorsque l’impact de foudre au sol est à proximité de leurs prises de terre .
Phénomène de foudre
La terre et l’électrosphère, zone conductrice de l’atmosphère (épaisseur de l’onde de 50 à 100 Km), constituent un condensateur sphérique naturel qui se charge par ionisation, d’où un champ électrique dirigé vers le sol de l’ordre de quelques centaines de volts/mètre. L’air étant faiblement conducteur, il existe donc un courant de conduction permanent associé, de l’ordre de 1500 A pour tout le globe terrestre. L’équilibre électrique est assuré lors des décharges par pointes, par pluies et coups de foudre).
Les manifestations de la foudre
L’éclair et le tonnerre
La foudre est une manifestation de l’électricité d’origine atmosphérique, comportant une décharge accompagnée d’une vive lumière (éclair) et d’une violente détonation (tonnerre). Le terme d’éclair représente l’ensemble des manifestations lumineuses provoquées par les décharges électriques d’origines atmosphériques. Le tonnerre est le bruit induit par la décharge électrique (entre deux nuages, entre la base d’un nuage et le sol, ou à l’intérieur d’un même nuage). La vitesse de la lumière étant 300 000 Km/s, l’éclair est perçu au moment où il se produit, enrevanche, le son se propageant à 340 m/s seulement, le tonnerre est perçu sensiblement après l’éclair.
Les recherches expérimentales [04], montre que les éclairs présentent simultanément des ramifications positives et négatives qui assurent la neutralisation des charges électriques coexistant à l’intérieur du nuage (Fig.1.05). Parmi ces décharges, certaines sont susceptibles d’atteindre le sol, la probabilité d’obtenir un coup de foudre négatif est nettement plus importante (70 — 90 %) que celle d’obtenir un coup de foudre positif (10 — 30 %). La première phase d’un coup de foudre est toujours le développement d’un système de précurseurs, traceurs ou leaders, prédécharges faiblement lumineuses, de vitesse de propagation de l’ordre du 1/1000 nième de la vitesse de la lumière, on a pour habitude de classer les coups de foudre selon le sens de développement du traceur principal (descendant ou ascendant) et suivant la polarité de décharges écoulées.
Conditions d’occurrence
La foudre est une des manifestations des orages, perturbations atmosphériques violentes, accompagnée d’éclairs, de tonnerres, de rafales de vent, d’averses de pluie ou de grêle. La naissance de ces phénomènes orageux est généralement subordonnée à une grande instabilité atmosphérique, soit à des différences importantes de température entre l’air au niveau du sol et l’air en altitude. Ceci explique pourquoi les orages « électriques » sont plus, généralement observés en été qu’en hiver où cette différence de température peut ne pas être suffisante pour générer une grande stabilité. [03] Il existe deux types de nuages orageux :
➤ les cumulo-nimbus, qui donnent lieu aux orages de chaleur, très localisés et de durée limitée.
➤ Les orages frontaux ou lignes de grains.
Dans ces deux cas, les nuages sont le siège de charges électriques et peuvent ainsi être à l’origine du phénomène de foudre.
Le cumulo-nimbus est une masse puissante de nuages sombres, en forme de double enclume à grand développement vertical (300 à 15000 m d’altitude) et s’étendant sur une surface de plusieurs Km². Le volume d’eau du nuage orageux peut atteindre 50 Km3 .
Formation d’un nuage orageux
Un nuage orageux est généralement du type cumulo-nimbus, s’étant sur plusieurs kilomètres carrés et se développe en hauteur jusqu’à des altitudes de 15 kilomètres. Comme cela a été évoqué, la formation de ce type de nuages est généralement liée à une grande instabilité atmosphérique, caractérisée par des différences de températures importantes entre les masses d’air au niveau du sol et les masses d’air en altitude. Cette masse d’air se charge d’humidité jusqu’à devenir un nuage.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Phénoménologie de la foudre
1.1 introduction
1.2 Origine des surtensions atmosphériques
1.2.1 le Coup de foudre direct
1.2.2 le Coup de foudre indirect
1.3 Phénomène de foudre
1.3.1 Les manifestations de la foudre
1.3.2 Formation d’un orage orageux
1.3.3 Classification des coups de foudre
1.3.4 Description de coup de foudre négatif
1.3.5 Principales caractéristiques de coup de foudre
1.3.6 Prédiction de la foudre
1.3.7 Mécanisme d’impact et modèle électrogéométrique
1.4 Distribution des amplitudes des courants de foudre
1.5 Fréquence de foudroiement d’une ligne
1.6 Contraintes appliquées à une ligne touchée par un coup de foudre
1.6.1 Coup de foudre sur les conducteurs de phases
1.6.2 Coup de foudre sur un pylône ou sur un câble de garde
1.6.3 Onde de surtension par coup de foudre arrivant d’un poste de transformation
1.7 Effets de la foudre sur les installations électriques
1.8 Conclusion
Chapitre 2 : Protection contre la foudre
2.1 Introduction
2.2 Coefficient (niveau) kéraunique (Nk)
2.3 Courbes isokérauniques
2.4 Nombre de coups de foudre par unité de surface et par année (Ns)
2.5 Nombre de coups de foudre touchant le câble de garde ou la ligne par Km de Langueur et par année (NL)
2.6 Compteur de coups de foudre
2.7 Principes de protection contre la foudre
2.7.1 Protection 1er niveau
2.7.1.1 Paratonnerres
2.7.1.2 Cages maillées ou de faraday
2.7.1.3 Fils de garde (tendus)
2.7.2 Protection 2em niveau
2.7.2.1 Eclateurs
2.7.2.2 Parafoudres
2.7.3 Protection 3em niveau
2.8 Conclusion
Chapitre 3 : Modélisation de la ligne électrique
3.1 Introduction
3.2 Paramètres d’une ligne électrique
3.3 Caractéristiques longitudinales
3.4 Caractéristiques transversales
3.5 Conclusion
Chapitre 4 : Pertes dans la ligne électrique aérienne
4.1 Pertes par effet de couronne
4.1.1 Introduction
4.1.2 Nature du phénomène d’effet couronne dans les ligne H.T
4.1.3 Calcul du champ critique (formule de peek)
4.1.4 Calcul du champ électrique superficiel des conducteurs
4.1.5 Mécanisme de formation des pertes couronne
4.1.6 Déférents facteurs influant sur les pertes couronne
4.1.7 Calcul des pertes par effet couronne
4.1.8 Résultats de calcul
4.2 Pertes de puissance dans la ligne électrique
4.2.1 Calcul des pertes actives
4.2.2 Calcul des pertes réactives
4.2.3 Résultats de calcul
4.3 Estimation des pertes dan les lignes électriques
4.4 Conclusion
Chapitre5 : Choix des moyens de protection contre la foudre
5.1 Introduction
5.2 Niveau kéraunique (Nk)
5.3 Densité de coups de foudre au sol (Ns)
5.4 Nombre de coups de foudre (Nl) touchant la ligne
5.5 Choix des parafoudres
5.6 Choix des éclateurs
5.7 Choix des paratonnerres
5.8 Choix des fils de garde
5.9 Conclusion
Conclusion générale
