surtension (suite)

Cas d’une ligne longue à vide. Effet Ferranti

C’est un phénomène transitoire et ce n’est plus l’amplitude de la surtension qui est importante, mais la forme d’onde. Les surtensions sont dues à la résonance, la tension croissant linéairement vers l’extrémité ouverte. En effet, aux fréquences industrielles, LCω² est inférieur à 1, mais on trouvera toujours un harmonique d’ordre n pour lequel LC n²ω² = 1. On a

U_s étant la tension à l’extrémité ouverte, U_e la tension à l’entrée de la ligne, L l’inductance effective totale de la ligne et C la capacité effective totale de la ligne. Le coefficient de surtension Q est de l’ordre de 1,05 pour une ligne de 300 km et de 1,16 pour une ligne de 500 km.

Mise à la terre d’une phase

Les deux autres phases subissent une surtension S_d donnée approximativement par la formule :

X₀ étant la réactance homopolaire, et X_d la réactance directe du réseau vue du point de défaut.

Surtensions de manœuvre ou surtensions internes engendrées par les disjoncteurs

Il s’agit dans ce cas de surtensions transitoires d’amplitude élevée et de courte durée. On admet de plus que ces surtensions sont des ondes à front lent (hautes fréquences plus ou moins amorties). Les surtensions internes les plus élevées se manifestent lors de coupures de fortes charges réactives (bobine de réactif), de charges des groupes de production, des transformateurs et des lignes à vide, des batteries de condensateurs sous tension (machines débranchées). La forme de l’onde de surtension dépend du type de disjoncteur, de son emplacement, de la fréquence propre du circuit, de la situation du neutre par rapport à la terre et du type de la charge coupée. La durée des surtensions de manœuvre est de l’ordre de une à quelques millisecondes.

Coupure de fortes charges réactives. Coupure de charges des groupes de production et coupure des transformateurs

Les surtensions qui se manifestent à ces occasions concernent la coupure de faibles courants inductifs. Elles sont provoquées par l’arrachement de courant, c’est-à-dire par la coupure anticipée avant le passage au zéro naturel du courant à fréquence de service, du fait de l’instabilité de l’arc à faible intensité. Par exemple, dans un transformateur, à une valeur i₀ du courant arraché correspond une énergie électromagnétique accumulée dans la réactance, et une oscillation LC qui se traduit par une surtension d’amplitude aux bornes du transformateur. La quantité est l’impédance caractéristique du circuit coupé. Le coefficient de surtension est au plus égal à 2, si la coupure se fait au passage à zéro ; sinon, il est beaucoup plus élevé.

Coupure des lignes à vide

Le phénomène est différent puisqu’il s’agit d’un réamorçage du disjoncteur qui produit des oscillations de tension sensibles, essentiellement côté ligne. La surtension est donnée par l’oscillation propre de la ligne ouverte à ses deux extrémités. Elle peut atteindre 3 fois la valeur de la tension de crête préexistante entre phase et terre. Les valeurs des surtensions ainsi obtenues sont supérieures aux précédentes.

Coupure d’une batterie de condensateurs sous tension (machines débranchées)

La surtension aux bornes d’un condensateur est extrêmement importante, car elle influe sensiblement sur la température du diélectrique, donc sur la rigidité diélectrique, qui décroît. Dans ce cas, la surtension agit autant par sa durée que par son amplitude. Lorsqu’on sépare une batterie de condensateurs d’un réseau, celle-ci conserve généralement une charge résiduelle qui ne se dissipe que lentement.

Mise sous tension brusque des lignes

On a alors le phénomène du réamorçage des disjoncteurs. Le circuit étant au repos, on lui applique une tension qui détermine, une fois le régime transitoire amorti, un régime forcé. On a superposition d’un régime transitoire de pulsation ω′ au régime permanent du circuit oscillant ; l’intensité i du courant transitoire a pour valeur étant la pulsation du réseau. La pulsation ω′ du régime transitoire étant très supérieure à la pulsation ω du réseau, le courant i peut être très grand. On suppose que la tension est maximale au moment où l’on ferme l’interrupteur : ayant une surintensité, on a automatiquement une surtension.

Surtensions externes ou surtensions d’origine atmosphérique

Ces surtensions ont une amplitude élevée (plus forte que celle des surtensions de manœuvre). Elles peuvent atteindre le matériel électrique d’un poste à haute tension (HT) ou à moyenne tension (MT). Les surtensions externes se propagent sur les lignes aériennes reliées au poste soit directement jusqu’aux transformateurs, soit par des câbles reliés eux-mêmes aux transformateurs et aux disjoncteurs. Ce sont des ondes mobiles très brèves, de quelques dizaines de microsecondes, le coup de foudre direct étant plus rare. D’autre part, les isolants claquent pour des tensions d’autant plus élevées que la durée est plus courte.

Cas des disjoncteurs ouverts

Le matériel relié à l’extrémité du câble présente une admittance caractéristique considérée comme purement capacitive.

Coup de foudre

La foudre détermine l’amorçage du régime libre du circuit, qui se superpose au régime forcé résultant de l’application de la tension. Si l’impulsion est brève, le circuit peut osciller durant un certain temps. Si cette impulsion est répétée à intervalles réguliers convenables, l’oscillation peut se reproduire. La foudre conduit à des défaillances avec décharge de longue durée. Un coup de foudre de faible intensité se présente sous la forme d’une succession de décharges étalées dans un intervalle de temps supérieur à 1 000 μs. On admet que la propagation de l’onde de foudre le long d’une ligne fermée répond à l’équation des cordes vibrantes : c’est une onde de choc.

E. D.

➙ Canalisation / Coupure (appareil de) / Distribution industrielle de l’électricité / Foudre / Ligne électrique / Protection électrique / Réseau électrique.