Lignes aériennes CA compactes

Introduction

La forte urbanisation et la demande d'énergie dans des zones construites se traduisent par le besoin de transporter plus d'électricité dans des couloirs réduits. Ceci a conduit à imaginer des lignes plus compactes, capables de transférer la même puissance dans une emprise plus étroite.

La brochure traite de la conception des lignes aériennes compactes CA. Une autre Brochure, dédiée aux lignes aériennes CC est en préparation à la date de la présente publication.

Souvent il n'est pas possible de reconstruire dans le même couloir un ouvrage ancien pour gagner en capacité de transport. Augmenter la capacité de la ligne existante demande la mise en place de nouveaux conducteurs, ou une élévation de la tension de service impliquant sur le même support des gradients de tension supérieurs pour les isolateurs et les distances de garde. De fait ceci devient une ligne compacte, puisque la contrainte de tension est supérieure aux niveaux normaux de contrainte rencontrés sur les lignes conventionnelles.

La réduction des impédances, qui vient de la réduction des distances entre phases, de l'augmentation du nombre des sous-conducteurs des faisceaux, ou de l'accroissement du diamètre des faisceaux, conduit également à une augmentation des contraintes de tension ou à la compacité. La réduction de l'impédance des lignes permet une augmentation du transit possible. Ces techniques peuvent être mises en œuvre pour adapter l'impédance, et par là le transit dans un couloir, ou accroître le transit sans avoir à mettre en place des compensations série, pour des lignes plus longues.

Dans la Brochure on explique le concept de compacité pour des contraintes d'emprise limitée et, également, pour accroître la capacité de transit. On peut augmenter la capacité de transit d'une ligne en augmentant la taille du faisceau et en réduisant la distance entre phases, ou en augmentant la tension de service. Toutes ces actions conduisent à une augmentation des champs électriques et à d'autres effets, qu'il faut prendre en compte dans la conception d'une ligne compacte.

Domaine couvert

La Brochure ne traite que des lignes aériennes CA. Le concept de compacité est étendu pour traiter des effets de l'augmentation de la tension, puisque ces effets et les autres impacts sur la conception des lignes sont très semblables à ceux qui qui sont pris en compte pour la réduction des distances entre phases. La Brochure présente la théorie que l'ingénieur doit comprendre, ainsi que des études de cas provenant de toutes les parties du monde.  

Description de la brochure

La Brochure aborde les aspects suivants :

• Présentation des paramètres électriques d'une ligne aérienne (OHL) pour courant alternatif (CA) – ceci couvre le calcul de la puissance caractéristique, qui dépend de la résistance de l'inductance et de la capacité de la ligne.
• Le calcul de la résistance CA est relativement compliqué et on donne les références des Brochures CIGRE pertinentes. Un résumé des paramètres à prendre en compte est donné dans la Brochure.
• L'inductance et la capacité sont également expliquées. En résumé, pour obtenir une puissance caractéristique élevée, il est souhaitable de réduire l'inductance et d'augmenter la capacité de la ligne. Ceci peut être réalisé en réduisant la distance entre phases et en augmentant le diamètre des faisceaux et le nombre des sous- conducteurs des faisceaux.
• La réduction de la distance entre phases accroît le gradient à la surface des conducteurs du faisceau, et ceci augmente le risque de dépasser les limites de bruit audible (Figure 1). L'effet de couronne et le bruit audible sont des sujets traités dans la Brochure; on renvoie aussi aux publications CIGRE pertinentes.

Les points évoqués précédemment sont couverts dans les chapitres 1 à 3, et offrent aux ingénieurs une vue d'ensemble du calcul des paramètres électriques d'une ligne et de la façon dont on peut les modifier en jouant sur la configuration des phases et la conception des faisceaux de conducteurs. La contrainte effet de couronne est aussi couverte, permettant à l'ingénieur de tenir compte des contraintes.

Quand la ligne est compacte les distances entre phases, et entre phase et support, sont également réduites. Ceci réduit la tenue de la ligne aux surtensions, de foudre ou de manœuvre. La section traitant de la coordination de l'isolement expose la théorie de base de cette coordination et explique l'influence des conditions atmosphériques sur la tenue au contournement des intervalles. Des exemples de calcul sont fournis pour permettre à l'ingénieur de mieux comprendre le concept. Le calcul et les effets du balancement des conducteurs est également traité.

La conception mécanique, objet du chapitre 4, couvre aussi les surcharges de vent et de givre de la ligne. La conception des supports et des matériels de ligne est ensuite exposée, avec à l'appui de nombreux exemples d'options de supports. Celles-ci sont ensuite utilisées pour illustrer le calcul des paramètres électriques de chacune d'elles. Ceci permet à l'ingénieur de comprendre l'impact des différentes conceptions sur les paramètres des lignes et les contraintes induites.

La question des techniques des travaux sous tension sur les lignes compactes, pour lesquelles les distances sont réduites, est traitée dans le chapitre 5. Les techniques telles que les outils de travail à distance et l'éloignement des conducteurs pour accroitre la distance sont décrites (Figures 2 et 3).

La construction des lignes compactes est le sujet du chapitre 6. Les techniques ne sont pas différentes de celles utilisées pour les lignes conventionnelles.

Dans le chapitre 7 les différents paramètres sont calculés pour chacune des configurations de support mentionnées précédemment. Ceci donne à l'ingénieur une illustration visuelle de l'effet de la configuration du support sur les différents paramètres, dont les champs électrique et magnétique.

Le chapitre 8 présente dix cas d'étude provenant de différentes parties du monde, concernant des solutions variantes conçues et mises en œuvre pour répondre à des problèmes d'emprise réduite et d'augmentation de puissance transmise, et on peut ainsi voir et mieux comprendre les différentes solutions possibles (Figures 4 et 5).

Le chapitre 9 est consacré exclusivement au sujet du changement de la tension de service, qui relève de la même démarche que la ligne compacte. Des exemples de réalisation de Manitoba Hydro et de Norvège sont présentés (Figures 6 et 7).

Dans la Brochure on ne présente pas la totalité des formules et des méthodes relatives à la conception d'une ligne compacte. L'ambition est d'apporter à l'ingénieur une vue d'ensemble des paramètres et des options de conception à utiliser. Des renvois à des références permettent au lecteur de comprendre et appliquer les équations détaillées.

Conclusion

Cette Brochure est un guide qui couvre les principaux aspects de la conception des lignes compactes. Pour les lignes compactes, le fait que les contraintes électriques sont plus élevées que pour les lignes conventionnelles est la principale considération à prendre en compte. Ces contraintes supérieures se manifestent sous la forme du bruit audible, d'un risque pour la coordination de l'isolement en cas de surtensions de foudre et de manœuvre. Ces problèmes sont exposés et ceci permet au lecteur de comprendre les aspects à prendre en compte pour réduire les effets des contraintes plus élevées.

Les exemples de calcul montrent l'effet de diverses solutions de conception. Partant de ceux-ci le lecteur peut dès le début optimiser sa solution, avant de procéder aux calculs détaillés qui sont indispensables pour une conception spécifique.

Les études de cas montrent les différentes solutions pratiques qui ont été mises en œuvre. On trouve parmi elles une idée nouvelle de support du faisceau des conducteurs par des câbles d'acier pour réduire la flèche. Cette solution autorise des portées plus courtes et donc des emprises plus étroites. L'exemple relatif à l'augmentation de la tension illustre un concept identique à celui de la ligne compacte, avec une application différente, pour une augmentation de la puissance transmise. Cet exemple, bien que vieux de 40 ans, montre quelles sont des étapes à suivre pour obtenir une solution fiable d'augmentation de capacité.  

Il faut noter que ce guide n'est pas un guide de conception, mais un document grâce auquel lecteur peut appréhender les aspects à prendre en compte pour concevoir une ligne compacte, ainsi que les calculs qui doivent être exécutés pour une conception détaillée d'une ligne compacte. Il renvoie, toutefois, à des références qui permettent la conception complète d'une ligne compacte.