Onde de propagation

Définition
Une onde progressive est une onde transitoire qui crée une perturbation et se propage le long d'une ligne de transmission à une vitesse constante. Ce type d'onde existe pendant une courte période (ne durant que quelques microsecondes), mais elle peut causer des perturbations significatives sur la ligne de transmission. Les ondes transitoires sont générées dans la ligne de transmission principalement en raison d'opérations telles que les commutations, les défauts et les coups de foudre.
Importance des ondes progressives
Les ondes progressives jouent un rôle crucial dans la détermination des tensions et des courants à différents points du système électrique. De plus, elles sont essentielles pour la conception des isolateurs, des dispositifs de protection, de l'isolation des équipements terminaux et de la coordination générale de l'isolation dans le système électrique.
Spécifications des ondes progressives
Mathématiquement, une onde progressive peut être représentée de plusieurs manières. Elle est le plus souvent illustrée sous la forme d'une onde rectangulaire infinie ou d'une onde en échelon. Une onde progressive est caractérisée par quatre attributs spécifiques, comme illustré dans la figure ci-dessous.

• Caractéristiques des ondes progressives
  Sommet : Cela représente l'amplitude maximale de l'onde et est généralement mesurée en kilovolts (kV) pour les ondes de tension ou en kiloamperes (kA) pour les ondes de courant.

• Front : Il s'agit de la partie de l'onde qui précède le sommet. La durée du front est mesurée comme l'intervalle de temps entre le début de l'onde et le moment où elle atteint sa valeur de sommet, généralement exprimée en millisecondes (ms) ou en microsecondes (µs).

• Queue : La queue de l'onde englobe la partie qui suit le sommet. Elle est définie par le temps écoulé depuis le début de l'onde jusqu'à ce que l'amplitude de l'onde diminue à 50 % de sa valeur de sommet.
  Polarité : Cela indique la polarité de la tension de sommet ainsi que sa valeur numérique. Par exemple, une onde positive avec une tension de sommet de 500 kV, une durée de front de 1 µs et une durée de queue de 25 µs serait notée +500/1,0/25,0.

Surges
Un surge est un type spécifique d'onde progressive qui provient du mouvement des charges électriques le long d'un conducteur. Les surges sont caractérisés par une augmentation très rapide et abrupte de la tension (le front abrupt), suivie d'une diminution plus progressive de la tension (la queue de surge). Lorsque ces surges atteignent des équipements terminaux tels que des boîtes de câbles, des transformateurs ou des disjoncteurs, ils peuvent potentiellement causer des dommages si l'équipement n'est pas suffisamment protégé.
Ondes progressives sur les lignes de transmission
Une ligne de transmission est un circuit à paramètres distribués, ce qui signifie qu'elle supporte la propagation d'ondes de tension et de courant. Dans un circuit à paramètres distribués, le champ électromagnétique se propage à une vitesse finie. Des opérations telles que les commutations et des événements tels que les coups de foudre n'affectent pas tous les points du circuit simultanément. Au lieu de cela, leurs effets se répandent dans le circuit sous forme d'ondes progressives et de surges.

Lorsqu'une ligne de transmission est soudainement connectée à une source de tension en fermant un interrupteur, la ligne entière ne s'électrifie pas instantanément. En d'autres termes, la tension n'apparaît pas immédiatement à l'extrémité éloignée de la ligne. Ce phénomène se produit en raison de la présence de constantes distribuées, à savoir l'inductance (L) et la capacité (C) dans une ligne sans pertes.

Considérons une longue ligne de transmission avec des inductances (L) et des capacités (C) à paramètres distribués. Comme illustré dans la figure ci-dessous, cette longue ligne peut être conceptuellement divisée en sections plus petites. Ici, S représente l'interrupteur utilisé pour initier ou terminer les surges lors des opérations de commutation. Lorsque l'interrupteur est fermé, l'inductance L1 agit initialement comme un circuit ouvert, tandis que la capacité C1 agit comme un court-circuit. À ce moment précis, la tension dans la section suivante ne peut pas changer car la tension à travers le condensateur C1 est initialement nulle.

Par conséquent, jusqu'à ce que le condensateur C1 soit chargé à un certain niveau, il est impossible de charger le condensateur C2 à travers l'inductance L2, et ce processus de chargement prend inévitablement du temps. Le même principe s'applique à la troisième, quatrième et aux sections suivantes de la ligne de transmission. En conséquence, la tension dans chaque section augmente progressivement. Cette augmentation progressive de la tension le long du conducteur de transmission peut être visualisée comme une onde de tension se propageant d'une extrémité de la ligne à l'autre. L'onde de courant associée est responsable de ce processus de chargement graduel. L'onde de courant, qui se propage en tandem avec l'onde de tension, génère un champ magnétique dans l'espace environnant. Lorsque ces ondes atteignent des jonctions et des terminaisons au sein du réseau électrique, elles subissent des réflexions et des réfractions. Dans un réseau avec de nombreuses lignes et jonctions, une seule onde incidente peut initier plusieurs ondes progressives. Alors que les ondes se divisent et subissent de multiples réflexions, leur nombre augmente considérablement. Cependant, il est important de noter que l'énergie totale des ondes résultantes ne peut jamais dépasser l'énergie de l'onde incidente originale, conformément à la loi fondamentale de conservation de l'énergie dans les systèmes électriques.