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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Année Universitaire 2016-2017 UNIVERSITE ABDERRAHMANE MIRA - BEJAIA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE Mémoire de Fin de cycle Présenté par : MEZIANT Rachida & SAHLI Siham Pour l’obtention du diplôme de MASTER EN ELECTROTECHNIQUE Option : Réseaux Electriques Thème Calcul du champ électromagnétique généré par les réseaux électriques en vue de la compatibilité électromagnétique (CEM) Encadré par : Pr. Bachir MAOUCHE Remerciement REMERCIEMENT Trouver les bons mots pour dire « merci » est une chose difficile. Tout d’abord, nous tenons à exprimer toute nos gratitudes au professeur Maouche Bachir pour sa sympathie, ses compétences et sa grande disponibilité. Son lui, nous n’aurions pas finalisé ce projet. Nos remerciements vont aussi aux membres du jury. Qui ont bien voulu accepter d’évaluer notre travail, leur compétences et savoir sont des éléments qui apportent une plus-value à notre modeste travail, qu’ils trouvent tous ici l’expression de nos remerciements et notre reconnaissance. En fin, nous tenons à remercier vivement tous ceux qui nous ont aidé de près ou de loin, que ce soit par leurs amitiés, leurs conseils ou par leur soutiens moraux Dédicaces DEDICACES « On passe la moitié de sa vie à retenir sans comprendre, et l’autre moitié à comprendre sans retenir » "Il y a quelque chose de plus haut que l'orgueil, et de plus noble que la vanité, c'est la modestie ; et quelque chose de plus rare que la modestie, c'est la simplicité." - Antoine de Rivarol A nos amours Dédicaces Je dédie ce travail, à mes très chers parents, à mon frère Djallal, à ma sœur Lydia, à tous mes amis. SAHLI Siham Table des matières 5 TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES ....................................................................................................... 5 INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................... 9 I- Généralité sur les réseaux électriques ........................................................................................ 10 I.1- Introduction.......................................................................................... 11 I.2- Historique et évolution des réseaux électriques ..................................... 11 I.3- Niveaux de tension ............................................................................... 11 I.4- Architecture et topologie des réseaux aériens ........................................ 12 I.4.1- Réseaux maillés ...................................................................... 12 I.4.2- Réseau bouclé ........................................................................ 12 I.4.3- Réseau radial ......................................................................... 12 I.4.4- Réseau arborescent ................................................................ 13 I.5- Types de réseaux électriques ................................................................ 13 I.5.1- Réseaux de transport ............................................................. 13 I.5.2- Réseaux de répartition ............................................................ 13 I.5.3- Réseaux de distribution .......................................................... 13 I.5.3.1- Réseau à moyenne tension (MT) ....................................... 13 I.5.4- Réseau à basse tension (BT) ................................................... 13 I.6- Poste de transformation ........................................................................ 14 I.7- Postes d’interconnections ..................................................................... 15 I.8- Lignes de transport ............................................................................... 15 I.8.1- Ligne aérienne ........................................................................ 15 I.8.2- Lignes souterraines ................................................................ 16 I.9- Contraintes liées au fonctionnement des lignes .................................... 17 I.9.1- Contraintes électriques ........................................................... 17 I.9.1.1- Tension électrique ............................................................ 17 I.9.1.2- Intensité du courant électrique ......................................... 17 I.9.2- Contraintes liées à la nature ................................................... 17 I.10- Composants de la ligne ......................................................................... 18 I.10.1- Conducteurs ........................................................................... 18 I.10.2- Isolateurs ............................................................................... 19 I.10.3- Supports ................................................................................ 19 I.10.3.1- Triangle ............................................................................ 20 I.10.3.2- Nappe ............................................................................... 20 Table des matières 6 I.10.3.3- Drapeau ........................................................................... 20 I.10.4- Câble de garde ........................................................................ 20 I.10.4.1- Rôle statique .................................................................... 21 I.10.4.2- Rôle dynamique ................................................................ 21 I.11- Schéma équivalent des lignes aériennes ............................................... 21 I.12- Paramètres électrique de la ligne .......................................................... 22 I.12.1- Résistance .............................................................................. 22 I.12.2- Inductance ............................................................................. 23 I.12.3- Capacité ................................................................................. 23 I.13- Conclusion ........................................................................................... 23 II- Notions de compatibilité Electromagnétique ............................................................................ 24 II.1- Introduction.......................................................................................... 25 II.2- Définition de la CEM ............................................................................. 25 II.3- Acteurs de la CEM ................................................................................ 25 II.3.1- Source .................................................................................... 25 II.3.1.1- Définition ......................................................................... 25 II.3.1.2- Réseaux électriques comme source .................................. 25 II.3.2- Couplage ................................................................................ 26 II.3.2.1- Définition ......................................................................... 26 II.3.2.2- Chemin de couplage dans les réseaux électriques ............ 26 II.3.2.3- Types de milieux .............................................................. 26 a. Milieu conducteur ................................................................... 26 b. Milieu isolant .......................................................................... 26 c. Milieu magnétique ................................................................... 26 d. Milieu diélectrique ................................................................... 27 II.3.3- Victime ................................................................................... 27 II.3.3.1- Définition ......................................................................... 27 II.3.3.2- Réseaux électriques comme victime .................................. 27 II.4- - Modes de couplage ............................................................................. 27 II.4.1- Mode commun ........................................................................ 27 II.4.2- Mode différentiel ..................................................................... 28 II.5- Types de couplages : ............................................................................. 28 II.5.1- Couplage par conduction (impédance commune) .................... 29 II.5.1.1- Définition ......................................................................... 29 II.5.1.2- Liaison directe ou perturbations directement conduites ... 29 Table des matières 7 a. Variation rapide de tension ..................................................... 29 b. Variation lente de tension ........................................................ 30 c. Creux ou microcoupures de tension ........................................ 30 d. Surtension .............................................................................. 30 II.5.1.3- Couplage d'un champ électrique avec un conducteur ....... 30 II.5.1.4- Couplage d'un champ magnétique avec une boucle .......... 30 II.5.2- Couplage par rayonnement ..................................................... 31 II.5.2.1- La zone de champs lointains ............................................ 31 II.5.2.2- La zone de champs proche ............................................... 31 II.5.3- Couplage inductif ................................................................... 32 II.5.3.1- Equations mise en jeux .................................................... 32 II.5.3.2- Couplage par diaphonie inductive .................................... 32 II.5.4- Couplage capacitif .................................................................. 33 II.5.4.1- Equations mises en jeux................................................... 33 II.5.4.2- Couplage par diaphonie capacitive ................................... 33 II.5.4.3- Couplage d’un conducteur à un plan de masse ................ 33 II.5.5- Couplage par ionisation .......................................................... 34 II.6- Effets de la géométrique ........................................................................ 34 II.6.1- Effet pelliculaire (Effet de peau) .............................................. 34 II.6.2- Effet de proximité ................................................................... 35 II.6.3- Effet de couronne ................................................................... 35 II.6.4- Effet de bord ........................................................................... 35 II.7- Norme de la CEM .................................................................................. 35 II.7.1- Limite admissible du champ électromagnétique ..................... 35 II.7.1.1- Sur l’être humaine............................................................ 35 II.7.1.2- Sur le matériel .................................................................. 36 II.8- Conclusion ........................................................................................... 36 III- Modélisation et expression des champs électrique et magnétique .......................................... 37 III.1- Introduction.......................................................................................... 38 III.2- Système triphasé équilibrée .................................................................. 38 III.3- Calcul du champ magnétique ............................................................... 38 III.3.1- Hypothèses ............................................................................. 38 III.3.2- Champ généré par un conducteur de longueur infini .............. 39 III.3.3- Déduction du potentiel vecteur magnétique ............................ 40 III.3.4- Champ magnétique triphasé ................................................... 41 Table des matières 8 III.3.5- Disposition verticale ............................................................... 41 III.3.6- Disposition horizontale ........................................................... 42 III.3.7- Disposition triangulaire .......................................................... 43 III.4- Conducteur semi-fini ............................................................................ 45 III.5- Expression du champ électrique ........................................................... 46 III.5.1- Conducteur infini ................................................................... 46 III.5.2- Champ électrique en triphasé ................................................. 47 III.6- Conclusion ........................................................................................... 49 IV- Applications et résultats .............................................................................................................. 50 IV.1- Introduction.......................................................................................... 51 IV.2- Evaluation spatiale du champ magnétique ........................................... 52 IV.2.1- Disposition verticale ............................................................... 52 IV.2.2- Disposition horizontale ........................................................... 53 IV.2.3- Disposition triangulaire .......................................................... 54 IV.3- Evaluation spatiale du champ électrique .............................................. 55 IV.3.1- Configuration verticale ........................................................... 55 IV.3.2- Configuration horizontale ....................................................... 55 IV.3.3- Configuration triangulaire ...................................................... 55 IV.4- Conclusion ........................................................................................... 56 CONCLUSION GENERALE ................................................................................................ 57 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................................ 58 Chap. I généralité sur les réseaux électrique 9 INTRODUCTION GENERALE La production, le transport et la distribution de l’énergie électrique forment la colonne vertébrale de l’économie d’un état industriel moderne. Avec la progression de l’industrialisation, naissent des exigences de plus en plus élevées concernant la mise à disposition de cette énergie. Pour des raisons économiques, le transport et la distribution de l’énergie électrique s’effectuent généralement par des lignes aériennes. Relativement à la compatibilité électromagnétique (CEM) et en dehors des différents appareils électriques constituant les centrales de production et de distribution, les conducteurs des lignes aériennes et les isolateurs sont les principaux acteurs de production du champ électromagnétique perturbateur. Ainsi, l’objectif de ce travail est l’évaluation de ce champ à proximité des pylônes et des conducteurs des lignes de transport d’énergie. Le présent mémoire s’articule autour de quatre chapitres. Le premier chapitre a pour objectif de situer le contexte du travail et de ses enjeux en mettant en évidence la diversité des concepts généraux sur les réseaux électriques. Le deuxième chapitre consiste à la présentation de la CEM et l’étude des différents phénomènes électromagnétiques mis en jeu. Dans le troisième chapitre, est consacré à l’établissement des expressions des champs électriques et magnétiques à proximité des lignes de transport d’énergie. Le dernier chapitre est réservé à l’implantation des formulations sous MATLAB et l’exposition des résultats. Chap. I généralité sur les réseaux électrique 10 1erCHAPITRE I- Généralité sur les réseaux électriques Chap. I généralité sur les réseaux électrique 11 I.1- Introduction Un réseau électrique est un ensemble d’outils destiné à produire, à transporter et à distribuer de l’énergie électrique. Il est constitué des générateurs, des transformateurs, des lignes de transport, de distribution et de répartition. I.2- Historique et évolution des réseaux électriques Les premières centrales électriques ont été construites par des industries pour s'autoalimenter en courant continu. L'usage public de l'électricité n'a réellement débuté qu'après l'exposition universelle de 1881. Les premières concessions municipales de production et de distribution d'électricité sont alors faites à des entreprises privées ou à des régies municipales pour l'éclairage public et l'alimentation de particuliers. Le courant alternatif s'est généralisé avec l'évolution technologique qui a permis d'adapter les tensions à des puissances importantes grâce aux transformateurs. Le réseau électrique est hiérarchisé par niveau de tension. Celui-ci est fractionné en trois principales subdivisions à savoir le réseau de transport, de répartition et de distribution. Une notion de frontière peut être définie entre les niveaux de tension du réseau électrique. Ces frontières sont assurées par les postes sources et les transformateurs. Le réseau de transport achemine, sur ces grandes distances, l’énergie des centrales de production jusqu’aux abords des grandes centres de consommation. [3] I.3- Niveaux de tension La nouvelle norme en vigueur en Algérie (SONELGAZ) définit les niveaux de tension alternative dans le tableau uploads/Ingenierie_Lourd/ calcul-du-champ-electromagnetique-genere-par-les-reseaux-electriques-en-vue-de-la-compatibilite-electromagnetique-cem-pdf.pdf