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TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 1 I.HAFSAOUI CHAPITRE I GENERALITES SU

TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 1 I.HAFSAOUI CHAPITRE I GENERALITES SUR LA HAUTE TENSION 1.1. INTRODUCTION 1.1.1. Définition de la haute tension La haute tension est toute tension qui engendre, dans les composants d’un système, des champs électriques suffisamment intenses pour modifier, de manière significative, les propriétés de la matière, en particulier des matériaux isolants. Alors, l'étude de la haute tension aboutit à la conception et à la réalisation de produits, appareils et systèmes aptes à générer et à supporter des champs électriques élevés. 1.1.2. Classification  Les basses tensions : < 1Kv  Les moyennes tensions : 1-33Kv  Les hautes tensions : 33-230 Kv  Les très hautes tensions : 230-800Kv  Ultra hautes tensions : > 800kV 1.2. HISTORIQUE  1673 : Invention de la première machine électrostatique par Otto von Guericke.  1752 : Invention du paratonnerre par Benjamin Franklin.  1799 : Invention de la pile électrique par Alessandro Volta.  1868 : Fabrication de la première dynamo par Henry Wilde.  1931 : Invention du courant alternatif par Joseph Henry et Michael Faraday. 1.3. UTILITE DE LA HAUTE TENSION Le réseau de transport d’électricité permet de relier les centres de production (centrales électriques) aux postes de transformation, qui permettront ensuite d’acheminer l’énergie vers le réseau de distribution. Les réseaux de distribution utilisent exclusivement des lignes à moyennes Tensions et à Basses Tensions. En revanche, les réseaux de grand transport utilisent des lignes à haute et Très Haute Tension, parce que l’augmentation de la tension limite les pertes d’énergie (c’est ce qu’on appelle « l’effet Joule »). La Haute et la Très Haute Tension permettent donc de transporter l’énergie sur de très longues distances en minimisant les pertes Joule. Par conséquent, le rendement est fortement amélioré en haute tension. 1.4. DOMAINES DE LA HAUTE TENSION Les principaux domaines d'application de la haute tension se résument dans le tableau suivant : TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 2 I.HAFSAOUI Tableau I. 1 : Domaines d’applications de la Haute tension N° Domaines Applications 01 Réseaux électriques Tension alternative - Tension continue - Lignes aériennes - Câbles - Isolateurs - Transformateurs de mesure de tension - Transformateurs de mesure de courant - Sectionneurs - Disjoncteurs - Parafoudres - Mises à la terre - Condensateurs - Transformateurs de puissance - Alternateurs - Appareillage SF6 - Compatibilité électromagnétique 02 Electrostatique Générateurs électrostatiques - Moteurs électrostatiques - Filtres électrostatiques - Xérocopie - Imprimante électrostatique - Peinture électrostatique décharge - Danger d'explosion et d'incendie - Perturbations de l'électronique sensible 03 Physique Microscope électronique - Accélérateurs de particules 04 Médecine Effets biologiques des champs électriques - Diagnostique par rayons X - Thérapie par rayons X - Ozonothérapie - Diélectrophorèse – Chauffage – IRM -Scanner 05 Electronique Tube cathodique - Générateurs Piézo-électriques - Allumage électrique - Flash électronique - Lampe à décharge - Filtre bactériologique UV 06 Foudre Captage de la foudre - Protection contre la foudre (paratonnerre, Eclateurs, Parafoudre, Câble de garde) - Aviation 07 Impulsions électromagnétiques d’origine nucléaire (NEMP) Protection des lignes de transmission - Protection des antennes - Protection des appareils électroniques - Cages blindées 08 Industrie Fours à arc -Traitement de surface - Lampes à décharge - Traitement des déchets 1.5. PERTURBATIONS DUES A LA HAUTE TENSION L a haute tension (champs électriques intenses) provoque plusieurs phénomènes perturbants :  Claquage des diélectriques : Provoquant la détérioration provisoire ou définitive des isolants.  Vieillissement prématuré des isolants  Décharges partielles : Détérioration des isolants.  Effet Couronne : Perturbations sonores, rayonnement électromagnétique, pertes d’énergie active, production d’ozone.  Dangers pour l’être humain. 1.6. BUTS DE LA HAUTE ETENSION Plus la tension est élevée, plus les distances d'isolation nécessaires sont importantes et le matériel devient encombrant et donc cher. Un champ trop élevé signifie inévitablement une durée de vie courte et un manque de fiabilité. D’où, la non-linéarité et la complexité des phénomènes liés à la HT. L'étude de la haute tension aboutit à la conception et à la réalisation de produits, appareils et systèmes aptes à générer et à supporter des champs électriques élevés. TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 3 I.HAFSAOUI CHAPITRE II GENERATION ET MESURE DE HT EN LABORATOIRE 2.1. INTRODUCTION Les générateurs de HT sont utilisés dans diverses applications et surtout dans les laboratoires d’essai, pour tester les équipements haute tension avant leur utilisation, dans les laboratoires de recherche et dans différentes applications de la haute tension. Les systèmes de mesure en haute tension comportent des dispositifs nécessaires pour la réalisation des mesures de hautes tensions alternatives, continues ou de choc. 2.2. Génération de hautes tensions 2.2.1. Générateurs de HT alternatives 2.2.1.1. Transformateur à haute tension Le transformateur représente la source de haute tension la plus répandue et la plus utilisée dans la pratique. Ce sont des transformateurs de faible puissance dont l’objectif principal est de générer une haute tension au détriment du courant. Ces transformateurs qui sont destinés principalement aux laboratoires d’essais, doivent avoir une très bonne isolation. Pour de tensions supérieures à 750kV, le coût, le transport et l’encombrement deviennent gênants. On a recourt aux couplages de transformateurs en cascades. Figure II.1 : Transformateur de HT TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 4 I.HAFSAOUI 2.2.1.2. Circuits résonnants série L’lorsqu’on veut obtenir une tension beaucoup plus importante que la tension de sortie d’un transformateur de haute tension, on peut recourir aux circuits résonnants série ou parallèle. Les générateurs à circuit résonant série sont principalement utilisés pour les essais d’équipements à grande capacité, comme les câbles. La tension de sortie du transformateur est alors multipliée par un facteur d’amplification égal au facteur de qualité de l’inductance L série (figure II.2) : Figure II.2 : Circuit résonnant série 2.2.1.3. Circuit résonnant parallèle Les générateurs à circuit résonant parallèle comportent une inductance Lp rajoutée en parallèle avec la charge C (figure II. 3). Ces circuits ont l’avantage de diminuer le courant du transformateur HT. Le facteur de réduction de courant est défini par : L’inconvénient de ce type de générateurs est que le transformateur de haute tension utilisé, devra être bien dimensionné, pour la tension de la charge capacitive et la fraction 1/Q du courant nominal de C. TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 5 I.HAFSAOUI Figure II.3 : Circuit résonnant parallèle 2.2.2. Générateurs de HT continues Les hautes tensions continues sont utilisées dans plusieurs applications, telles que les essais de test d’équipements avec charge capacitive, dans les appareils de mesure d’isolement, pour la microscopie électronique, les générateurs de rayons X… . 2.2.2.1. Les redresseurs  Redresseurs Simple alternance Le type le plus simple des générateurs à redresseurs est celui à simple alternance(monophasé). (a) (b) Figure II.4 : Redresseur à une alternance (a) : Schéma de principe (b) : schéma équivalent Lors du fonctionnement du redresseur, on obtient les formes présentées par (figures II.5).  L’ondulation est définie par l’écart périodique par rapport à la valeur moyenne arithmétique : UCm  La profondeur d’ondulation est l’écart maximum entre les valeurs maximale et minimale de la tension de sortie : UC TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 6 I.HAFSAOUI  L’amplitude d’ondulation est la moitié de la profondeur d’ondulation : UC /2  Le facteur d’ondulation est le rapport de l’amplitude d’ondulation et la valeur moyenne arithmétique : =UC / 2UCm Figure II.5 : Formes de la haute tension redressée  Redresseurs Double alternance L’avantage du redresseur double alternance est le redressement des deux alternances, positive et négative (figure II.6). Figure II.6 : Redresseur à double alternances TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 7 I.HAFSAOUI Figure II.7 : Tension redressée (a) : Sans capacité de lissage (b) : avec capacité de lissage 2.2.2.2. Les doubleurs  Doubleur de Latour Le principe de fonctionnement du doubleur de Latour (figure II.8), est basé sur deux condensateurs en cascade dont se charge au cours de l’alternance positive de la tension U2, à la valeur crête, et le deuxième se charge au cours de l’alternance négative (figure II.9) : Le doubleur de Latour présente l’inconvénient de nécessiter un transformateur haute tension dont le secondaire n’a pas de point à la terre. Cependant, il nécessite le recours à un transformateur haute tension dont le secondaire comporte deux bornes isolées à la terre. TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 8 I.HAFSAOUI Figure II.8 : Doubleur de Latour Figure II.9 : Formes de la HT continue (a) : Doubleur de Latour sans charge (b) : Avec charge TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 9 I.HAFSAOUI  Doubleur de Schenkel Le doubleur de Schenkel se base sur le même principe de fonctionnement que celui du doubleur de Latour et permet de délivrer la même tension de sortie à vide (le double de la valeur maximale de la tension au secondaire du transformateur ). Cependant, son avantage est de recourir à un transformateur haute tension avec un point à la terre (figure II.10). L’inconvénient de ce type de doubleur est que le condensateur C doit être dimensionné pour supporter la haute tension de sortie. TECHNIQUES DE LA HAUTE TENSION 2019/2020 10 I.HAFSAOUI Figure II.10 : Doubleur de Schenkel, uploads/Industriel/ cours-electrotechnique-electrotechnique-industrielle-master1-techniques-de-haute-tension.pdf