Lignes aériennes DC compactes

Chef de file (ES)
J. IGLESIAS

Secrétaire (DE)
S. STEEVENS

J.A. JARDINI (BR), G. PERSSON (SE), L. BARTHOLD (US), C. WANG (CA), D. WOODFORD (CA), D. LIEBHABER (US), R. STEPHEN (ZA), E. MARSHALL (ZA), T. YAMANAKA (JP), D. DOUGLASS (US), A. USEROS (ES), D. LOUDON (NO), M. SALIMI (CA), S. IKOMA (JP), J. LUNDQUIST (SE), P. RODRIGUEZ (ES), N. CHEN (CN), G. GHEORGHITA (RO)

Réviseurs : H. LUGSCHITZ (AT), A. ANAND (IN), G. WU (CN), W. TROPPAUER (AT)

Introduction

Le compactage implique généralement la réduction des distances entre les phases (pôles), ce qui entraîne une augmentation des champs électriques, du bruit audible et d'autres effets. La gestion de ces effets est essentielle à la conception de lignes compactes à courant continu. Dans cette brochure, nous définissons le compactage comme la réduction de la section transversale d'un couloir (à la fois la hauteur et la largeur) pour un besoin de transfert de puissance donné.

En général, les liaisons HVDC sont conçues pour transmettre de grandes quantités d'énergie sur de longues distances ou pour servir d'interconnexion. Dans les deux cas, une fiabilité et une disponibilité élevées sont requises. C’est pourquoi la coordination de l'isolation et la maintenance sous tension sont traitées en détail.

Cette brochure explique le concept de compactage des lignes aériennes à courant continu. Un autre groupe de travail (GT B2.63, CIGRE TB 792) traite la théorie et la pratique du compactage des lignes aériennes à courant alternatif. Dans celles-ci, la charge d'impédance de choc et donc le flux de puissance maximum peut être affectés par le compactage. Cependant pour les lignes électriques à courant continu, l'augmentation du flux de puissance ne peut être obtenue qu'en augmentant le courant dans les conducteurs et/ou en augmentant la tension de la ligne.

Scope

L'objectif de cette brochure est de fournir à l'ingénieur concepteur une compréhension des paramètres et des méthodes nécessaires à la conception de lignes aériennes compactes à courant continu. En plus de la théorie, la brochure comprend des calculs de paramètres électriques pour différentes configurations de pylônes, ainsi que des études de cas de différents pays.

Description de la Brochure

La brochure traite les aspects suivants, répartis en neuf chapitres :

Vue d'ensemble - fournissant une définition et les raisons du compactage. Elle comprend des mesures possibles pour réduire l’emprise au sol et la hauteur, ainsi que des concepts relatifs au développement durable.

Effets de couronne et de champ - le compactage des lignes HVDC augmente l'importance de l’effet de couronne sur la conception. La brochure révise les bases et l'influence du compactage face à ces effets : champ électrique (E), densité de courant ionique (J), interférences radio (RI), bruit audible (AN). La figure 1, par exemple, montre que le pôle positif des lignes DC est la source dominat du bruit, qu’il diminue progressivement avec la distance par rapport à la ligne et qu’il est plus élevé quand les conducteurs sont secs, contrairement aux lignes AC. Le document propose également des méthodes pour minimiser les effets de champ au niveau du sol, par exemple l'utilisation de câble de garde sous les phases.

Figure 1 - Profil de bruit audible typique sous une ligne HVDC

Coordination de l'isolation - une discussion sur les différences de contraintes de l'isolation dues au compactage des lignes aériennes HVDC. Le chapitre traite également des exigences sur les distances d’isolement dans l'air en corélation avec les surtensions dans les systèmes à courant continu, et de la coordination de l'isolation pour le conducteur neutre.
Configurations des pylônes - une discussion sur l’arrangement des pylônes DC pour le compactage, le choix des conducteurs et de l'isolation, la conception des pylônes et des fondations. Une comparaison des différentes chaînes d'isolateurs est incluse, telles que les configurations en forme V, T, V inversé ou Y. Ce chapitre comprend également une discussion générale sur l’effet galop, car il peut être l'un des problèmes majeurs des lignes compactes en raison des espaces réduits entre les faisceaux conducteurs et/ou les câbles de garde.
Techniques de maintenance des lignes sous tension - l'expérience de travaux sous tension avec des lignes compactes à courant continu est encore rare. Seules quelques entreprises de services publics l'ont tenté jusqu'à présent, et leurs expériences sont présentées dans la brochure. Les principales différences entre les lignes compactes et les lignes conventionnelles sont les distances électriques réduites et les configurations d'isolateurs plus complexes. Le document décrit la manière de relever ces défis.

Figure 2. Exemple de chaînes d'isolateurs en forme Y pour une ligne ±500 kV DC (Japon)

Figure 3 - Exemple de travaux sous tension sur une ligne ±533 kV à courant continu

Techniques de construction - les techniques sont similaires à celles utilisées pour les lignes conventionnelles, mais certaines différences existent et sont mises en évidence dans la brochure.

Influence du compactage dans la configuration électrique - analyse en profondeur les différents paramètres pour chacune des configurations de pylônes mentionnées précédemment. Cela permet à l'ingénieur d'avoir une vue générale de l'effet de la configuration du pylône sur les différents paramètres, notamment le champ électrique, la densité de courant ionique, le bruit audible, les interférences radio, etc. (voir figure 4). Une évaluation de la sensibilité des paramètres est incluse, ainsi que les résultats d'une brève enquête sur les critères électriques dans différents pays.

Figure 4 - Exemple de variation de la densité de courant ionique au niveau du sol pour différentes configurations de lignes

Études de cas - plusieurs exemples de différentes conceptions de lignes aériennes compactes HVDC à travers le monde sont présentés. Deux exemples sont présentés sur les figures 5 et 6.

Figure 5 - Étude de cas. Traverse amovible isolé en composite pour une ligne ±800 kV DC (Chine)

L'utilisation de isolateurs rigide pivotant peut réduire à la fois la hauteur de la ligne et l'occupation horizontale. Les isolateurs rigide pivotant permettent le mouvement longitudinal du conducteur dans les pylônes d'alignement pour réduire les forces déséquilibrées.

Figure 6 - Étude de cas. Ligne multipolaire ± 320 kV DC (Inde)

Augmentation de la tension - le concept de compactage est élargi pour inclure l'augmentation de la tension, car les raisons et répercussions sont très similaires. Ce chapitre présente des informations générales sur l'augmentation de la tension des lignes HVDC afin de donner un aperçu des défis électriques et mécaniques. Une brève description de l’amélioration de l'interconnexion « Pacific DC » aux États-Unis est également incluse en tant qu'étude de cas (longueur totale de1300 km, augmentation de ±500 kV à ±560 kV).

La brochure ne couvre pas la conversion des lignes à courant alternatif en lignes à courant continu, qui est traitée dans le TB 583.

Conclusion

La brochure couvre les principaux aspects relatifs à la conception de lignes aériennes compactes à courant continu. La différence principale est l’augmentation des contraintes électriques par rapport aux lignes conventionnelles. Cette contrainte plus élevée se manifeste par une augmentation des bruits audibles, des interférences radio, du champ électrique et de la densité de courant ionique au niveau du sol, ainsi que d’un changement de la coordination de l’isolation face aux impulsions de commutations et de foudre. Ce guide décrit ces problèmes, permettant au lecteur de comprendre comment en atténuer les effets.

Les exemples de calcul montrent les répercussions de différentes solutions de conception. Dans un premier temps, le lecteur est en mesure d'optimiser sa solution à partir de ces exemples avant de procéder aux calculs détaillés qui doivent être effectués pour une conception spécifique.

Les études de cas indiquent différentes solutions qui ont été mises en œuvre ou sont à l'étude dans différents pays à travers le monde. Ces études de cas se concentrent sur les principaux aspects liés au compactage et sur les différentes propositions visant à réduire les distances tout en maintenant un effet de couronne faible et une fiabilité acceptables.

Notez que le guide n'est pas un document de conception mais un document par lequel le lecteur peut évaluer les aspects requis pour la conception de lignes compactes à courant continu ainsi que déterminer les calculs qui doivent être entrepris pour la réalisation d'une conception détaillée de lignes compactes. Il fournit toutefois des références qui permettront au concepteur de concevoir entièrement une ligne aérienne compacte à courant continu.