Longueur efficace et impédance impulsionnelle d'une prise de terre.

Abstract

Les réseaux électriques modernes sont des ensembles complexes fortement maillés, de lignes fonctionnant à des tensions diverses. Du fait de leur grande étendue, ils sont fréquemment foudroyées (environ 70 000 fois par ans). Lorsqu’un coup de foudre frappe un conducteur de ligne ou de jeux de barres d’un poste aérien ou qu’il induit un courant par couplage électromagnétique, tout se passe comme si l’arc en retour se comportait comme un courant injecté dans le conducteur. L’importante quantité d’électricité injectée instantanément dans le réseau, sous l’effet de la foudre, doit être rapidement évacuée vers un réseau de terre bien dimensionné. En effet, pour assurer la sécurité, du matériel et du personnel technique, et la continuité de fourniture d’énergie, il faut une bonne gestion des relations entre la terre et le réseau. La mise à la terre (m a t) d’une installation électrique consiste à relier les masses ou le neutre de l’installation à une prise de terre par l’intermédiaire d’un ou plusieurs conducteurs de terre. Le comportement transitoire du système de mise à la terre doit être étudié théoriquement et expérimentalement, et enfin d'optimiser la mise à la terre en tenant compte de la sécurité et de l'économie. La longueur (ou surface) efficace (L F) du fil (ou du réseau (grille)) de mise à la terre sous des transitoires rapides comme la foudre est l'un des paramètres les plus importants qui doivent être pris en compte lors de la conception du système de mise à la terre Dans ce contexte s’intègre notre projet de fin d’études en Master II, option, Réseaux Électriques, intitulé : « Longueur Efficace et Impédance Impulsionnelle d'une Prise de Terre». Dans lequel, nous visons d’étudier le comportement transitoire d’une électrode horizontale de mise à la terre, à travers l’examen de ses caractéristiques impulsionnelles, afin d’aider le concepteur d’avoir une estimation acceptable de la longueur efficace de telle électrode. Notre travail se partage en trois chapitres : Dans ce contexte s’inscrit ce premier chapitre introductif qui a pour objet de présenter la chaîne de fourniture d’électricité, les différents défauts et ces origines qui peuvent perturber ce réseau Résumé Page 105 et enfin les protections contre ces perturbations et nous nous intéressons plus particulièrement aux mises à la terre. Dans le 2ème chapitre, nous présenterons brièvement les besoins de modélisation des phénomènes transitoires, où nous verrons les différentes approches pour la modélisation du circuit de terre Nous exposerons ensuite un modèle d’une mise à la terre via la théorie des lignes de transmission dans le domaine fréquentiel, que nous proposons. Un aperçu général sur les caractéristiques impulsionnelles des mises à la terre sera donné. Enfin nous abordons la nécessité de la prise en compte de la dépendance fréquentielle des paramètres électriques du sol. Le modèle que nous proposons permettra d’évaluer les caractéristiques impulsionnelles des mises à la terre, en se rapprochant des réalités physiques, et donc d’étudier l’effet de certains paramètres (résistivité du sol, …) sur les performances transitoires des mises à la terre. Nous consacrons le chapitre 03 à l’ensemble des applications, les résultats de calcul et les discussions de ces résultats. Après la validation de notre modèle topologique pour l’analyse du comportement transitoire d’une électrode horizontale de terre suite à une injection directe d’un courant impulsionnel de foudre, nous procédons aux quelques applications pour montrer le comportement transitoire de telle électrode via ses caractéristiques impulsionnelles (GPR, 𝒁𝒑, 𝑳𝒆𝒇𝒇), cette étude peut contribuer au dimensionnement des électrodes de mise de terre. Comme applications, nous analysons tout d’abord, l’impédance impulsionnelle « 𝒁𝒑 » d’une électrode horizontale de terre. Ensuite, nous abordons une étude plus détaillée sur les caractéristiques impulsionnelles de cette dernière. Finalement, et afin d’enrichir notre étude, nous complétons ces applications par une comparaison des expressions analytiques de la longueur efficace « 𝑳𝒆𝒇𝒇 » proposées dans la littérature avec les résultats que nous obtenons par notre modèle