La charge d'impédance de surintensité est un paramètre très essentiel dans l'étude des systèmes de puissance car elle est utilisée pour prédire la capacité de charge maximale des lignes de transmission.
Cependant, avant de comprendre SIL, nous devons d'abord avoir une idée de ce qu'est l'impédance de surintensité (Zs). Elle peut être définie de deux manières, l'une plus simple et l'autre plus rigoureuse.
Méthode 1
Il est bien connu qu'une ligne de transmission longue (> 250 km) possède une inductance et une capacité distribuées comme propriétés inhérentes. Lorsque la ligne est chargée, le composant capacitif fournit de la puissance réactive à la ligne tandis que le composant inductif absorbe la puissance réactive. Si nous équilibrons les deux puissances réactives, nous obtenons l'équation suivante
VAR capacitif = VAR inductif
Où,
V = Tension de phase
I = Courant de ligne
Xc = Réactance capacitive par phase
XL = Réactance inductive par phase
En simplifiant
Où,
f = Fréquence du système
L = Inductance par unité de longueur de la ligne
l = Longueur de la ligne
Ainsi, nous obtenons,
Cette quantité ayant les dimensions d'une résistance est l'impédance de surintensité. Elle peut être considérée comme une charge purement résistive qui, lorsqu'elle est connectée à l'extrémité réceptrice de la ligne, la puissance réactive générée par la réactance capacitive sera complètement absorbée par la réactance inductive de la ligne.
C'est rien d'autre que l'impédance caractéristique (Zc) d'une ligne sans pertes.
Méthode 2
À partir de la solution rigoureuse d'une ligne de transmission longue, nous obtenons l'équation suivante pour la tension et le courant en tout point de la ligne à une distance x de l'extrémité réceptrice
Où,
Vx et Ix = Tension et courant au point x
VR et IR = Tension et courant à l'extrémité réceptrice
Zc = Impédance caractéristique
δ = Constante de propagation
Z = Impédance série par unité de longueur par phase
Y = Admittance shunt par unité de longueur par phase
En insérant la valeur de δ dans l'équation ci-dessus de la tension, nous obtenons
Où,
Nous observons que la tension instantanée se compose de deux termes, chacun étant une fonction du temps et de la distance. Ainsi, ils représentent deux ondes voyageuses. La première est la partie exponentielle positive représentant une onde se déplaçant vers l'extrémité réceptrice et est donc appelée onde incidente. Tandis que l'autre partie avec l'exponentielle négative représente l'onde réfléchie. En tout point le long de la ligne, la tension est la somme des deux ondes. Il en va de même pour les ondes de courant.
Maintenant, si la charge d'impédance (ZL) est choisie telle que ZL = Zc, et nous savons
Ainsi
et donc l'onde réfléchie disparaît. Une telle ligne est qualifiée de ligne infinie. Elle apparaît à la source comme n'ayant pas de fin car elle ne reçoit aucune onde réfléchie.
Ainsi, une telle impédance qui rend la ligne infinie est connue sous le nom d'impédance de surintensité. Elle a une valeur d'environ 400 ohms et un angle de phase variant de 0 à –15 degrés pour les lignes aériennes et d'environ 40 ohms pour les câbles souterrains.
Le terme d'impédance de surintensité est cependant utilisé en relation avec les surintensités sur la ligne de transmission qui peuvent être dues à la foudre ou à l'interruption, où les pertes de ligne peuvent être négligées telles que
Maintenant que nous avons compris l'impédance de surintensité, nous pouvons facilement définir la charge d'impédance de surintensité.
SIL est définie comme la puissance délivrée par une ligne à une charge purement résistive égale en valeur à l'impédance de surintensité de cette ligne. Nous pouvons donc écrire
L'unité de SIL est le Watt ou MW.
Lorsque la ligne est terminée par l'impédance de surintensité, la tension à l'extrémité réceptrice est égale à la tension à l'extrémité émettrice et ce cas est appelé profil de tension plat. La figure suivante montre le profil de tension pour différents cas de charge.
Il convient également de noter que l'impédance de surintensité et donc SIL est indépendante de la longueur de la ligne. La valeur de l'impédance de surintensité sera la même en tous points de la ligne et donc la tension.
Dans le cas d'une ligne compensée, la valeur de l'impédance de surintensité sera modifiée en conséquence comme suit
Où, Kse = % de compensation capacitive série par Cse
KCsh = % de compensation capacitive shunt par Csh
Klsh = % de compensation inductive shunt par Lsh
L'équation pour SIL utilisera maintenant la Zs modifiée.
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