Phénomène de l’effet couronne sur les lignes de transport

L’effet couronne désigne l’ensemble des phénomènes liés à l’apparition d’une conductivité suite à l’ionisation d’un gaz entourant un conducteur porté à une haute tension. L’appellation « effet couronne » vient du fait qu’autour d’un fil apparaît, à partir d’une certaine valeur du potentiel, une gaine lumineuse bleu-violet dont l’épaisseur augmente avec la tension. Il rappelle le halo lumineux visible à la périphérie du soleil, au moment des éclipses, et qui lui a donné son nom. Ce phénomène est lié à l’apparition d’avalanche électronique localisée au voisinage immédiat des conducteurs soumis à une haute tension, au voisinage de fil plus épais, comme les câbles industriels, les avalanches prennent la forme « d’aigrette » dont la longueur peut atteindre une dizaine de centimètres . Ces avalanches sont toujours issues des diverses aspérités portées par les conducteurs, éraflures, pollution, insectes, gouttes d’eau, où il existe un renforcement local du champ électrique. Lors de l’effet couronne, l’énergie dissipée est à l’origine de pertes électriques et les impulsions électriques associées aux aigrettes entrainent des perturbations radioélectriques. Avalanche électronique : Il existe toujours dans l’air un certain nombre de paires ions positifs-électrons libres, crées par rayonnement cosmique ou par la radioactivité naturelle. Lorsque ces électrons sont soumis à un champ électrique, ils sont accélérés, et si le champ est assez intense, l’énergie qu’ils acquièrent, devient suffisante pour provoquer l’ionisation des molécules neutres qu’ils ionisent par choc. Il se crée de nouveaux électrons libres, lesquels, soumis au même champ, vont également ioniser des molécules, et ainsi de suite ; le processus prend une allure d’avalanche de Tomsend. Au voisinage d’un conducteur d’une ligne électrique, les surfaces équipotentielles ont une très fortes courbure, et le champ électrique décroit très rapidement en fonction de la distance au conducteur. L’avalanche électronique ne peut se produire que si le champ à la surface du conducteur est atteint une valeur supérieure à 30 KV/cm. Ce champ superficiel est appelé « champ critique ».

Mécanisme de formation des pertes :

Quelque soit le mode d’émission, le phénomène fondamental est toujours la dissociation des atomes en électrons et en ions positifs. Les charges de signe opposé à celui du conducteur sont instantanément attirées vers celui-ci et neutralisées, alors que les charges de même signe sont entrainées vers l’extérieur par le champ électrique. Comme les électrons s’attachent très rapidement à des atomes neutres pour former des ions négatifs, tout ce passe, comme si le conducteur émettait, sous l’effet du phénomène d’ionisation, des ions lourds de même polarité que lui. [10] La migration de ces ions dans le champ électrique entraine des chocs avec les molécules neutres de l’air, ce qui dissipe l’énergie par frottement et constitue ainsi la cause physique des pertes couronne. [16]

a) Pertes aux tensions inferieurs à la tension critique (régime localisé) : [16] Tant que le nombre des points générateurs d’ions est faible, le champ principal dû aux charges portées par le conducteur n’est pratiquement pas perturbé. La quantité de charges émises est extrêmement fluctuante et dépend considérablement de l’état de surface du conducteur, de sorte qu’un calcul exact des pertes est quasi impossible et illusoire. Les pertes sont d’ailleurs dans cette zone de fonctionnement assez faibles pour que leur influence économique soit négligeable.

b) Pertes aux tensions supérieurs à la tension critique (régime généralisé) : Lorsque la tension appliquée s’accroit ou lorsque pluie, brouillard ou neige multiplient les aspérités du conducteur, le nombre d’aigrettes augmente. La charge d’espace crée devient suffisamment dense pour réagir de façon sensible sur le champ superficiel. Il se produit un phénomène de régulation par lequel le champ électrique superficiel ne peut pas dépasser une certaine valeur critique légèrement supérieure au seuil d’ionisation. Toute tendance au dépassement entraine la génération de nouveaux ions qui tendent à leur tour à limiter la croissance du champ. Ainsi la qualité de charges émise est directement liée au phénomène d’interaction mentionné. Ce régime de formation intense des charges d’espace rend compte assez bien du phénomène qui se produit sous pluie ; c’est-à-dire justement dans des conditions où l’effet couronne est économiquement le plus gênant. Une description quantitative des mécanismes en jeu et par conséquent un calcul des pertes devient alors possible.

Analyse et interprétation des résultats :

Lorsque l’onde de surtension se propageant le long d’un conducteur, arrive sur un point de changement d’impédance. On observe une réflexion et une transmission. -Les figures A.1, A.2 et A.4 montrent que l’amplitude de la tension à la fin de la ligne (courbe 19 U ) est élevée par rapport à la surtension appliquée (courbe 1 U ), ceci est dû à la réflexion de l’onde de surtension à cause de l’ouverture de la ligne. -D’après la figure A.3, en présence de l’effet couronne, modèle (1000HZ), l’amplitude de la tension à la fin de la ligne (courbe 19 U ) est diminué (60,8KV). -On constat que pour chaque point de la ligne considérée, l’onde de surtension subit une déformation à cause des inductances et des capacités de la ligne selon les figures B, C et D. -Les deux modèles adoptés sans effet couronne avec un seul et deux conducteurs sont quasi équivalents, et ceci est bien clair d’après les réponses des deux modèles représentés sur la figure E. Ce qui explique l’équivalence entre un modèle à un seul conducteur et une ligne sectionné et cette dernière à l’avantage de diminuer l’effet couronne d’une manière considérable. -On remarque selon la figure F.2 que lors de la fréquence 2000HZ, on trouve les maximums des tensions ( 15 U , 19 U ), qui peut se traduire : le modèle avec effet couronne correspondant à 2000HZ représente bien le phénomène couronne sur la ligne considérée. -Nous observons aussi que pour le modèle avec effet couronne (1000HZ), la surtension appliquée est amortie à cause de la présence de l’effet couronne, ainsi que l’amplitude qui diminue de 272KV (82%), et la raideur qui diminue de 3,02 KV/μs (82%). -On conclue, que le modèle avec effet couronne (1000HZ) ne peut pas être validé avec la surtension impulsionnelle (1,2/50μs) considérée, cependant le modèle avec effet couronne (2000HZ) est plus proche de la réalité. -La surtension est amortie lors de la prise en compte du phénomène couronne, modèle (2000HZ), la déformation de l’onde de surtension (diminution de l’amplitude de 15% par rapport à la surtension appliquée et la diminution de la raideur de 4 % par rapport au modèle sans effet couronne avec un seul conducteur par phase) est bien clair sur les figures G.1 et G.3.

Conclusion générale

Plusieurs phénomènes apparaissants sur les lignes de transports d’énergie électrique et influent sur le bon déroulement ainsi qu’à la gestion de ce transport. L’effet couronne est l’un de ces phénomènes, il est à l’origine de plusieurs manifestations gênantes à savoir :

Pertes par effet couronne.

Perturbations radio télévision, téléphone (radio-électronique).

Le bruit.

Vibrations mécaniques.

En effet, le but de notre travail consiste de mettre en évidence l’influence de ce phénomène sur la déformation de l’onde de surtension lors de sa propagation le long de la ligne, pour cela nous avons adoptés quatre modèles d’une ligne 330 KV sur laquelle l’effet couronne peut apparaître. Les résultats obtenus lors de la simulation de ces quatre modèles, nous donne: – Les deux modèles adoptés sans effet couronne avec un seul et deux conducteurs sont quasi équivalents malgré que ce dernier (ligne sectionnée) à l’avantage de diminuer l’effet couronne. – La surtension appliquée (1,2/50μs) au modèle avec effet couronne (1000HZ) est amortie d’une manière considérable jusqu’à (82%), ce qui explique que ce modèle est loin de la réalité donc un tel modèle n’est pas validé pour cette surtension appliquée. – Le modèle avec effet couronne (2000HZ) est plus proche de la réalité, car l’amplitude diminue de 15% par rapport à la surtension appliquée et aussi la raideur diminue de 4% par rapport au modèle sans effet couronne (un conducteur par phase), c’est-à-dire la diminution de l’amplitude et de la raideur pour 1 KM de la ligne considérée nous donne respectivement 0,2%, 0,06%. En conclusion nous pouvons dire que l’effet couronne présente l’avantage d’amortir et de déformer l’onde de surtension lors de sa propagation le long de la ligne, et le modèle validé pour la surtension appliquée (1,2/50μs) est celui de la fréquence allant jusqu’à 2000HZ.