Réseaux de Transport Électrique – Lignes Aériennes EHT et HT
Réseaux de transport électrique et lignes aériennes
Dans les systèmes électriques, les tensions extrêmement élevées (TEE, où la tension V≥150 kV) et les tensions élevées (TE, avec 60 kV ≤ V <150 kV) sont couramment utilisées pour le transport d'énergie. L'utilisation de ces niveaux de tension élevée vise à réduire le courant circulant dans les lignes de transport. Selon la loi de Joule, W=RI2t=UIt, où W représente l'énergie dissipée sous forme de chaleur, R est la résistance du conducteur, I est le courant, t est le temps, et U est la tension. En diminuant le courant, il est possible de réduire la section des conducteurs, ce qui permet également de minimiser les pertes de puissance dues à l'effet Joule.
Les réseaux de transport partent généralement des centrales électriques et des postes de transformation. Bien que les lignes aériennes soient le composant prédominant dans de nombreuses zones, dans les milieux urbains, les câbles souterrains isolés sont souvent nécessaires en raison des contraintes d'espace et des considérations esthétiques.
Les lignes aériennes TEE et TE sont principalement composées des éléments clés suivants :
Les équipements de transport d'électricité sont conçus dans le but de minimiser la formation de décharge de couronne. Les anneaux de couronne, comme illustré dans la Figure 1, jouent un rôle crucial à cet égard. En répartissant le champ électrique sur une plus grande surface, ils réduisent le gradient du champ en dessous du seuil de couronne, supprimant efficacement la décharge de couronne. Cela aide non seulement à prévenir les pertes de puissance associées à la couronne, mais aussi à réduire le bruit audible et les interférences électromagnétiques, contribuant ainsi à l'efficacité et à la fiabilité globales du système de transport.
Protection contre la foudre pour les lignes aériennes et le rôle des câbles OPGW
L'un des dangers les plus importants pour les lignes aériennes est la foudre. Ces lignes sont exposées au risque de coups de foudre tout au long de leur parcours, ce qui signifie que la protection fournie uniquement par les parafoudres dans les postes de transformation est insuffisante. Des mesures de protection supplémentaires sont essentielles pour assurer la fiabilité et la sécurité du système de transport.
Pour remédier à ce problème, des "fils de protection aérienne contre la foudre" sont installés le long de l'itinéraire entier des lignes aériennes. Parmi ceux-ci, les câbles Optical Power Ground Wire (OPGW) sont largement utilisés en raison de leur double fonctionnalité. Un câble OPGW présente une structure tubulaire qui abrite un ou plusieurs fibres optiques monomodes au centre. Cette assemblage de fibres centrales est ensuite entouré de plusieurs couches de fils d'acier et d'aluminium.
Les couches extérieures conductrices du câble OPGW jouent un rôle crucial dans la protection électrique. Elles relient les tours de transmission adjacentes à la terre, créant un chemin à faible résistance pour les courants de foudre. En faisant cela, elles protègent efficacement les conducteurs de puissance des coups de foudre directs, réduisant la probabilité de dommages aux lignes de transport principales.
Simultanément, les fibres optiques à l'intérieur du câble OPGW offrent des avantages significatifs en termes de communication. Ces fibres peuvent être utilisées pour la transmission de données à haut débit, répondant à divers besoins dans le secteur des utilités électriques. Elles sont utilisées pour des applications internes telles que la protection et le contrôle des lignes de transport, permettant une surveillance en temps réel et une réponse rapide aux problèmes potentiels. De plus, elles soutiennent les besoins de communication vocale et de données, facilitant la coordination fluide entre différentes parties du réseau électrique.
Les fibres optiques elles-mêmes possèdent d'excellentes propriétés d'isolation, qui offrent une protection inhérente contre l'induction électrique des lignes de transport d'électricité et la foudre. Elles sont également très résistantes aux bruits externes et aux interférences croisées, assurant l'intégrité des données transmises. De plus, les fibres optiques ont des pertes de transmission extrêmement faibles, les rendant idéales pour le transfert de données à haute vitesse sur de longues distances sans dégradation significative du signal.
La Figure 2 illustre un exemple typique de câble OPGW, mettant en évidence sa structure unique et soulignant comment il combine la protection électrique et les capacités de communication, en faisant un composant indispensable dans les systèmes modernes de lignes aériennes de transport.
Dans certains pays, pour les anciennes lignes aériennes fonctionnant à un niveau de tension de 72,5 kV, une approche particulière de la protection contre la foudre était autrefois utilisée. Historiquement, seuls les quatre ou cinq premiers tronçons adjacents aux postes de transformation étaient équipés de mesures de protection, et des câbles en aluminium renforcé d'acier (ACSR) étaient utilisés à cette fin. Cependant, cette solution a été progressivement abandonnée. Le câble Optical Power Ground Wire (OPGW) est devenu le choix privilégié, car il offre non seulement une protection efficace contre la foudre, mais permet également la communication de données entre les postes de transformation, offrant une solution plus complète et polyvalente.
Les câbles isolés comportent généralement une isolation en polyéthylène réticulé (XLPE). Ces câbles ont généralement des conducteurs en aluminium et sont conçus pour des applications monophasées. L'utilisation de l'isolation XLPE offre d'excellentes propriétés électriques, une résistance mécanique et une durabilité, ce qui le rend bien adapté au transport d'électricité.
Les réseaux de transport de tension extrêmement élevée (TEE) et de tension élevée (TE) adoptent souvent une configuration en "anneau". Comme illustré dans la Figure 3, cette disposition est caractérisée par un degré de complexité important. La configuration en anneau offre une fiabilité et une flexibilité accrues dans la distribution de l'énergie, permettant un meilleur partage de charge et une maintenance et une exploitation plus faciles du réseau. Elle permet de rediriger l'énergie en cas de panne ou de travaux de maintenance, minimisant les interruptions de l'approvisionnement en électricité et assurant un système de transport plus stable et efficace.
