Ligne à haute tension - Définition

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Modélisation électrique

Une ligne électrique parfaite peut être considérée comme un fil d'impédance nulle. Dans la pratique plusieurs phénomènes physiques entrent en jeu : pertes d'énergie par effet Joule, réponse fréquentielle, courants de fuite. Une étude à l'aide d'un modèle théorique simplifié permet de comprendre l'effet de divers paramètres sur le comportement de la ligne.

Modèle en Pi d'une ligne électrique

Le schéma ci-dessus représente un modèle sommaire mais simple d'emploi pour une phase d'une ligne pas trop longue : il constitue une approximation suffisante pour des longueurs de 200 à 300 km. Une ligne plus longue pourra être assimilée à une succession de cellules élémentaires de ce type, à la manière d'une ligne de transmission. Dans le cas d'un défaut à la terre, la coupure du défaut en ligne par un disjoncteur à haute tension donne naissance à la propagation d'ondes de tension entre le disjoncteur et le point de défaut. La fréquence d'oscillation de la tension en aval du disjoncteur est fonction de l'impédance d'onde de la ligne et de la longueur de la ligne en défaut. Si la ligne est ouverte à son extrémité elle peut être assimilée à une réactance capacitive.

Résistance de la ligne

La résistance d'un conducteur filiforme s'écrit :

R=\rho \frac l s \,

Afin de limiter les pertes par effet Joule, on souhaite que la résistance R soit la plus faible possible. La longueur l  \, de la ligne étant imposée, on ne peut jouer que sur la résistivité \rho  \, du matériau conducteur et sur sa section s \,.

Résistivité des matériaux utilisés pour les lignes

Le cuivre, dont la résistivité vaut 1,72 x 10-8 Ω∙m, n’est pas utilisé car trop coûteux, mais aussi trop lourd pour les lignes aériennes. On lui préfère des ensembles aluminium-acier ou des alliages aluminium, magnésium et silicium dont la résistivité est de l’ordre de 3 x 10-8 Ω∙m

Section des lignes

La section d’un conducteur aérien d'une ligne à haute tension est de l'ordre de 500 mm2 : il n’est pas avantageux d’augmenter davantage la section des conducteurs.

En effet, à la fréquence de 50 Hz (et a fortiori à une fréquence de 60 Hz), il est avantageux d'utiliser deux conducteurs de 500 mm2 en remplacement d'un de section 1000 mm2 à cause de l'effet pelliculaire ou effet de peau.

Par ailleurs, sur des lignes de tension supérieure ou égale à 345 kV, il est nécessaire de prévoir au moins deux conducteurs par phase pour limiter les pertes par effet couronne.

Ordre de grandeur des résistances linéiques

Pour une ligne de section 500 mm2 réalisée avec un matériau de résistivité 3 x 10-8 Ω∙m, la résistance d’un conducteur aérien est de l’ordre de 6 x 10-2 Ω/km. Cette valeur est donnée à titre indicatif car nous avons vu que la résistance dépendait fortement de la section.

Pour les lignes à haute tension, les valeurs des résistances linéiques sont comprises entre 0,01 Ω/km (ligne 735 kV d'Hydro-Québec) et 0,1 Ω/km. La norme américaine IEEE C37.06-1997 indique des valeurs allant de 0,012 Ω/km (800 kV) à 0,031 Ω/km (362 kV).

Réactance de la ligne

Les paramètres réactifs de la ligne dépendent peu de la tension et de la section mais, en revanche, ils sont très différents pour les lignes aériennes et pour les câbles posés ou enterrés.

Inductance de la ligne

  • De 1 à 2 mH/km pour les lignes aériennes, soit des réactances comprises entre 0,3 et 0,7 Ω/km, donc nettement supérieures aux résistances linéiques.
  • De 0,2 à 0,7 mH/km pour les câbles, soit des réactances comprises entre 0,06 et 0,25 Ω/km.

Capacité de la ligne

  • Proche de 10 nF/km pour les lignes aériennes.
  • De 30 à 800 nF/km pour les câbles.
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