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RÉSUMÉ
Cet article constitue une introduction aux transitoires électromagnétiques dans les réseaux électriques. Il débute par des rappels théoriques et des définitions et se poursuit par une présentation des principes de modélisation. Le cas particulier des lignes et des câbles est abordé avec plus de détails. La dernière partie s'appuie sur des exemples pour décrire les phénomènes transitoires et présenter des résultats de simulation. La gamme des phénomènes transitoires susceptibles d'apparaître sur un réseau étant très vaste, cet article se concentre principalement sur ceux dont les enjeux paraissent aujourd'hui les plus importants.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean MAHSEREDJIAN : Professeur École Polytechnique de Montréal
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Alain XÉMARD : Ingénieur Expert Électricité de France R&D
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Bahram KHODABAKHCHIAN : Ingénieur en chef Sim Tech International
INTRODUCTION
Ce dossier constitue une introduction aux transitoires électromagnétiques dans les réseaux électriques. Il débute par des rappels théoriques et des définitions et se poursuit par une présentation des principes de modélisation. Le cas particulier des lignes et des câbles est abordé avec plus de détails. La dernière partie s'appuie sur des exemples pour décrire les phénomènes transitoires et présenter des résultats de simulation.
La gamme des phénomènes transitoires susceptibles d'apparaître sur un réseau étant très vaste, ce dossier se concentre principalement sur ceux dont les enjeux paraissent aujourd'hui les plus importants. L'objectif est aussi d'apporter une vision nouvelle et en accord avec la sophistication actuelle des outils de simulation et des modèles.
L'analyse des transitoires électromagnétiques est un sujet important dans l'étude des réseaux électriques. 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 simulation des régimes transitoires électromagnétiques dans les réseaux électriques fait l'objet du dossier [D 4 130].
Le lecteur, peu familiarisé avec l'étude des réseaux électriques en général, peut consulter les dossiers :
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Modélisation
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2. Concepts de base
2.1 Principes de modélisation
L'approche de modélisation des régimes transitoires dans les réseaux électriques est fondée sur l'utilisation des éléments constitutifs de base des circuits électriques. Un exemple d'étude d'enclenchement des bancs de condensateurs est présenté sur la figure 2. Le réseau électrique est en général assez vaste et comprend un grand nombre d'appareils et de systèmes, mais dans la plupart des études sur les transitoires, il est suffisant de représenter de façon détaillée une section réduite du réseau et d'employer un équivalent pour le reste du réseau.
Dans le cas de la figure 2, l'équivalent est calculé selon les besoins de l'étude. Le choix des modèles est relié au type de problème étudié et à son contenu fréquentiel. Dans cet exemple, on utilise une source idéale derrière une impédance de Thévenin, car il n'est pas nécessaire de représenter une machine synchrone dans les détails, ni les autres conducteurs du réseau. L'approche classique qui permet de calculer les impédances de Thévenin est d'utiliser un logiciel de calcul des courts-circuits. Ce type de logiciel permet d'obtenir les impédances de séquence positive (ou directe) (Z1) et homopolaire (Z0) à un point donné du réseau. On peut améliorer l'équivalent de Thévenin en tenant mieux compte du comportement fréquentiel du réseau équivalent. Dans cet exemple, on ajoute la résistance RTh et le condensateur Cr. Dans d'autres cas, il faut aussi modéliser la ligne de transport qui connecte le poste étudié au reste du réseau. Le réseau est en général équilibré, ce qui fait que les impédances de séquence positive et négative (ou inverse) sont identiques, mais les études de transitoires doivent tenir compte des conditions de déséquilibre. Il faut noter que même si la figure 2 simplifie la présentation en utilisant un schéma unifilaire, les phases des disjoncteurs ne fonctionnent pas nécessairement aux mêmes instants, notamment pour la commande d'ouverture.
L'onde de tension au capteur m1 pour la phase c du circuit de la figure 2 est présentée figure 3. Le réseau de...
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Concepts de base
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BORNARD (P.), PAVARD (M.), TESTUD (G.) - Réseaux d'interconnexion et de transport : fonctionnement. - [D 4 091], Réseaux électriques et applications, Techniques de l'Ingénieur, août 2005.
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(2) - MEYER (B.), JEROSOLIMSKI (M.), STUBBE (M.) - Outils de simulation dynamique des réseaux électriques. - [D 4 120], Éditions techniques de l'Ingénieur, nov. 1998.
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(3) - Guidelines for Representation of Network Elements when Calculating Transients. - CIGRE WG 33.02 (1990).
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(4) - International Electrotechnical Commission standard IEC TS 60071-1 - * - Insulation co-ordination – Part 1 : Definitions, principles and rules, janv. 2006.
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(5) - International Electrotechnical Commission standard IEC TS 60071-4 - * - Insulation co-ordination – Part 4 : Computational guide to insulation co-ordination and modelling of electrical networks, juin 2004.
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