Fils de terre aérien ou conducteur de protection

Définition du conducteur de protection (fil de terre)

Un conducteur de protection, également connu sous le nom de fil de terre, est un composant essentiel des systèmes de protection contre la foudre. Il se compose d'un ou plusieurs conducteurs installés au-dessus de la ligne de transport, s'étendant d'une structure de soutien à une autre. Ces fils sont soigneusement mis à la terre à intervalles réguliers le long de leur longueur.

La fonction principale du fil de terre est d'intercepter les coups directs de foudre qui viseraient autrement les conducteurs de phase de la ligne de transport. En déviant le courant de foudre en toute sécurité vers le sol, il protège les conducteurs électriques critiques contre d'éventuels dommages, assurant ainsi le fonctionnement ininterrompu du système de transport d'électricité. Il est important de noter que, bien qu'il soit très efficace contre la foudre, le fil de terre n'a aucun impact sur l'atténuation des surtensions de commutation, qui sont causées par des phénomènes électriques différents dans le système de puissance.

Lorsqu'un coup de foudre se produit au milieu d'un fil de terre, des ondes électriques sont générées et se propagent dans des directions opposées le long de la ligne. Ces ondes atteignent finalement les tours de transmission adjacentes, qui sont conçues pour canaliser en toute sécurité l'énergie électrique vers le sol. Cependant, l'efficacité du fil de terre repose sur un facteur clé : la résistance entre la base de la tour et le sol doit être maintenue suffisamment faible. Une valeur de résistance élevée peut entraver la dissipation efficace du courant de foudre, réduisant la capacité du fil de terre à protéger la ligne de transport et pouvant potentiellement entraîner des surtensions et des dommages aux équipements.

Si la résistance entre la base de la tour et le sol n'est pas faible, et si le fil de terre ou la tour est frappé par la foudre, la foudre induira un potentiel extrêmement élevé. Ce haut potentiel peut provoquer un arc électrique de la tour vers un ou plusieurs conducteurs de phase. Ce phénomène est connu sous le nom de flashover inverse.

Le flashover inverse se produit spécifiquement lorsque le produit du courant de la tour et de l'impédance de la tour dépasse les niveaux d'isolement de la ligne de transport. Pour atténuer ce risque, une approche efficace consiste à réduire la résistance de la base de la tour. Dans les zones à haute résistivité du sol, des tiges enfoncées et des contrepoids sont couramment utilisés.

Un contrepoids est un conducteur enterré, généralement en acier galvanisé. Pour un terminal aérien, le contrepoids fonctionne comme un terminal de mise à la terre spécialisé. Son rôle est de diminuer l'impédance de surtension de la connexion à la terre et d'améliorer le couplage entre le fil de terre et le conducteur, améliorant ainsi les performances globales de protection contre la foudre du système.

Dans les lignes de transport, deux types principaux de contrepoids sont utilisés : le contrepoids parallèle et le contrepoids radial.

Contrepoids parallèle

Le contrepoids parallèle se compose d'un ou plusieurs conducteurs posés sous terre le long de toute la longueur de la ligne de transport. Ces lignes de contrepoids sont connectées au fil de terre aérien à chaque tour et poteau. Cette configuration aide à distribuer uniformément le courant électrique lors d'un coup de foudre, réduisant le potentiel de montée de tension élevée et minimisant la probabilité de flashover inverse.

Contrepoids radial

Le contrepoids radial est caractérisé par une série de fils qui s'étendent en un motif radial à partir de la base des jambes de la tour. La quantité et la longueur spécifiques de ces fils sont soigneusement déterminées en fonction de deux facteurs critiques : l'emplacement géographique de la tour et les conditions du sol prédominantes. Ces variables jouent un rôle significatif dans l'optimisation de l'efficacité du contrepoids pour réduire la résistance de la base de la tour et améliorer la protection globale contre la foudre de la ligne de transport.

Angle de protection ou angle de bouclier

L'angle de protection ou angle de bouclier est défini comme la mesure angulaire entre l'alignement vertical du fil de terre et le conducteur de phase qui nécessite une protection. Traditionnellement, cet angle est mesuré comme l'angle formé entre la ligne verticale passant par le fil de terre et la ligne reliant le fil de terre au conducteur de phase le plus externe. Cet angle sert de paramètre crucial dans la conception et l'évaluation des systèmes de protection contre la foudre des lignes aériennes de transport, car il influence directement la capacité du fil de terre à intercepter les coups de foudre et à protéger les conducteurs de phase contre d'éventuels dommages.

Optimisation des configurations de protection et de fil de terre

Pour une protection optimale contre les coups de foudre dans les lignes aériennes de transport, il est crucial de minimiser l'angle de protection. Des angles compris entre 20° et 30° sont considérés comme très efficaces et sûrs pour fournir une protection adéquate aux conducteurs de phase. Les ingénieurs évitent généralement de fixer l'angle de protection au-dessus de 40°, car cela réduit considérablement l'efficacité de la protection et augmente le risque de coups de foudre directs sur les conducteurs.

Dans les systèmes de puissance haute tension contemporains, qui comportent souvent des conducteurs avec un espacement plus large, une configuration à deux fils de terre est devenue la norme. Cette configuration offre une meilleure protection par rapport aux systèmes traditionnels à un seul fil. L'utilisation de deux fils de terre non seulement améliore la couverture et les capacités d'interception contre la foudre, mais apporte également plusieurs avantages électriques. Par exemple, l'impédance de surtension d'un système à deux fils de terre est plus faible, ce qui permet une dissipation plus efficace des surtensions électriques induites par la foudre. De plus, la présence de deux fils augmente l'effet de couplage entre les fils de terre et les conducteurs de phase. Ce couplage amélioré aide à mieux équilibrer les charges électriques, réduisant davantage la probabilité de surtensions et améliorant la fiabilité et la résilience globales de l'infrastructure de transport haute tension.