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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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Concepts de base
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1. Rappel théorique
De façon générale, un circuit électrique qui subit une perturbation a une réponse composée de la réponse forcée et de la réponse naturelle (libre). La réponse naturelle est reliée aux fréquences naturelles du circuit tandis que la réponse forcée est reliée aux sources imposées.
Dans le cas du circuit de la figure 1, alimenté par une source de tension sinusoïdale, on peut démontrer que le courant du disjoncteur S enclenché pour alimenter une charge RL, est donné par l'équation :
( 1 )
avec tanϕ = ωL/R et la définition de la source de tension :
( 2 )
Cette source est sinusoïdale et opère à la pulsation ω = 2πf, f étant la fréquence en Hertz du réseau.
Le premier terme dans la partie droite de l'équation représente la réponse forcée, soit le régime permanent. Le deuxième terme représente la réponse naturelle, soit la partie transitoire. Ce terme décroît selon la constante de temps (R/L dans le cas présent) du circuit et devient nul quand le régime permanent est atteint. On constate ici que si l'angle de fermeture remplit la condition θ = ϕ, la partie transitoire est inexistante.
Par contre, si θ = ϕ π/2, la partie transitoire est maximale.
Un circuit LC (inductance en série avec une capacitance) possède généralement dans les configurations pratiques une fréquence naturelle beaucoup plus élevée que la fréquence industrielle du réseau étudié. Ainsi, si la résistance du circuit précédent est remplacée par une capacité,...
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Rappel théorique
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.
-
(2) - MEYER (B.), JEROSOLIMSKI (M.), STUBBE (M.) - Outils de simulation dynamique des réseaux électriques. - [D 4 120], Éditions techniques de l'Ingénieur, nov. 1998.
-
(3) - Guidelines for Representation of Network Elements when Calculating Transients. - CIGRE WG 33.02 (1990).
-
(4) - International Electrotechnical Commission standard IEC TS 60071-1 - * - Insulation co-ordination – Part 1 : Definitions, principles and rules, janv. 2006.
-
(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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