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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: http://www.researchgate.net/publication/270507686 Cours: Techniques de la Haute Tension BOOK · JANUARY 2013 DOI: 10.13140/2.1.4963.1040 DOWNLOADS 538 VIEWS 250 1 AUTHOR: Djilali Benyoucef Université Hassiba Benbouali de Chlef 31 PUBLICATIONS 25 CITATIONS SEE PROFILE Available from: Djilali Benyoucef Retrieved on: 05 September 2015 MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE Techniques de la Haute Tension Cours 4eme année Ingénieur & 1ere année Master Dr. Djilali Benyoucef i Table des matières Chapitre 1: Introduction à la Haute Tension 001 I. Historiques 003 A. Découvertes 003 B. Expériences 006 C. Théories 007 D. Applications 007 II. Généralité sur la Haute Tension 009 A. Qu’est-ce que la Haute Tension? 009 a. Seuils de tensions 010 B. Pour quoi la Haute Tension dans les réseaux électriques ? 010 C. Quelles sont les Perturbations dues à Haute Tension? 012 D. La Haute Tension a d’avenir ? 013 a. Réseaux électriques 013 b. Autres applications 013 Chapitre 2: Principes et problématique de la Haute Tension 015 I. Principes fondamentaux 017 A. Découverte des charges électriques 017 B. Caractéristiques des charges 017 C. Interprétation des forces 017 D. Grandeurs physiques 017 a. Charges au repos 017 b. Charges en mouvement (courants) 018 c. Champs dans le vide 018 d. Champs dans la matière 018 f. Relations constitutives dans les milieux linéaires 018 E. Équations de l’électromagnétisme 019 a. postulat de Lorentz 019 b. Postulat de Maxwell 019 c. Relation de passage du champ électromagnétique à une interface 020 1. Champ électrique 020 2. Champ magnétique 022 d. Les potentiels 023 II. Problématique de la Haute Tension 025 ii A. Systèmes sous haute tension 025 B. Effet de pointe 025 a. Cas d’une sphère 026 b. Cas d’un ellipsoïde de révolution 027 C. Facteur de Schwaiger 030 a. Eclateur à sphère 030 b. Eclateur pointe-plan 031 D. Electrodes de Rgowski 032 Chapitre 3: Matériaux Diélectriques 035 I. Introductions 037 II. Types d'isolant 037 A. isolants solides 037 a. Gutta-percha 037 b. Les polymères 037 c. Les élastomères 039 B. Isolants liquides 040 a. Les huiles végétales 041 b. Les additifs 042 C. Isolants gazeux 043 a. Hexafluorure de soufre (SF6) 043 III. Caractéristiques des matériaux diélectriques 044 A. Conductivité 044 a. Conductivité transversale 045 b. Conductivité superficielle 045 c. Résistance d’isolement 046 B. Polarisation électrique 046 a. Polarisation électronique 048 b. Polarisation ionique 049 c. Polarisation par orientation 050 d. Polarisation interfaciale 051 C. Courant d’absorption 052 D. Facteur de perte 053 E. Rigidité diélectrique (Er) 055 F. Décharge partielle 056 G. Vieillissement 059 iii Chapitre 4: Décharges électriques 063 I. Décharges électriques dans les gaz 065 A. Mécanisme de décharge 065 a. Réactions primaires 065 b. Réactions secondaires 066 B. Caractéristiques classiques courant-tension d’une décharge électrique 067 a. Décharge Townsend et claquage 070 b. Décharge disruptive 071 c. Décharge Luminescente 071 d. Arc électrique 071 C. Loi de Paschen 072 a. Premier coefficient de Townsend 072 b. Libre parcours moyen 073 c. Tension de seuil de l’avalanche électronique 073 d. Second coefficient de Townsend 074 e. Minimum de Paschen 076 f. Facteurs d’influence 077 D. Effet de couronne 078 a. Correction de Peek 078 E. Arc électrique 080 a. Production de l’arc 080 b. Forme de l’arc 081 c. Fluctuations de l’arc 081 d. Stabilité de l’arc 082 II. Claquage dans les liquides 083 A. Principales différences d’avec les gaz 083 B. Mécanisme de la décharge dans les liquides 083 C. Facteurs d’influence 083 D. Le claquage 084 a. Le claquage par les bulles 084 b. Le claquage par les particules en suspension 085 c. Le claquage par streamer 085 III. Claquage dans les solides 085 a. Claquage thermique 085 b. Claquage électromécanique 085 iv c. Claquage par streamer 087 d. Claquage par érosion 087 IV. La foudre 087 A. Eclairs ascendants et descendent 088 B. Protection contre la foudre 089 a. Positionnement du conducteur de garde 090 Chapitre 5: Générateurs de la Haute Tension 091 I. Générateurs électrostatiques 093 A. Machines à triboélectricité 093 B. Électrophore de Volta 094 C. Générateur à capacité variable 094 D. Machine de Wimshurst 094 E. Générateur Van de Graff 095 F. Générateur de Felici 096 II. Générateurs de Haute Tension Alternative et contenue 097 A. Transformateur élévateur 097 B. Générateur à circuit résonant série 097 a. Résonance accidentelle 098 b. Résonance intentionnelle 099 C. Générateur à circuit résonant parallèle 100 D. Les redresseurs 101 a. Redresseur à simple alternance 101 b. Redresseur à double alternance 102 E. Les Doubleurs de tension 103 a. Doubleur de Schenkel 103 a. Doubleur de Latour 105 F. Les multiplicateurs de tension 106 a. Cascade de Greinasher 106 III. Générateurs de Haute Tension Transitoire 107 A. Bobine de Ruhmkorff 107 B. Transformateur de Tesla 108 IV. Générateurs de Haute Tension de choc 109 A. Générateur de choc à un étage 110 B. Générateur de choc à plusieurs étages (Générateur de Marx) 111 Chapitre 6: Mesure en Haute Tension 113 v I. Mesure des champs électriques 115 A. Méthodes directe 115 B. Méthodes indirectes 116 a. Méthode de Wilson 116 b. Méthode du voltmètre rotatif 116 II. Mesure des Hautes Tension 118 A. Mesure des hautes Tensions continues 118 a. Electromètre 118 b. Voltmètre électrostatique 118 c. Mesure galvanométrique 119 d. diviseur résistif 120 B. Mesure des hautes Tensions alternatives 121 a. Eclateur à sphères 121 b. Mesure galvanométrique 123 c. Transformateur de tension 123 d. diviseur capacitif simplifié 125 e. diviseur capacitif complet 126 f. Transformateur de tension capacitif 126 C. Mesure des hautes Tensions de choc 127 a. Diviseur de choc purement résistif 127 b. Diviseur de choc purement capacitif 128 III. Mesure des courants sous Haute Tension 129 A. convertisseur à courant continu 129 B. Transformateur de courant 129 C. Sonde à effet Hall 130 D. Bobine de Rogowski 130 - 3 - I. Historique C'est à la fin du 19ème siècle seulement, que l'éclosion d'une multiple d'application de l'électricité donnera naissance aux techniques de la haute tension. A. Découvertes En 1673 Otto von Guericke (1602-1686). Le physicien allemand, bourgmestre de la ville de Magdeburg, invente la première machine électrostatique, formée d’une boule de soufre montée sur un axe de rotation. Le but est d’essayer d’augmenter la force d’attraction électrostatique. Mais le résultat, c’est qu’à partir d’une certaine charge, des étincelles éclatent: surprise ! Otto von Guericke est aussi connu pour la célèbre expérience des hémisphères de Magdeburg, montrant l’effet de la pression atmosphérique. Stephen Gray (1666-1736). Physicien anglais, constate que l’on peut charger un corps en le mettant en contact avec un autre corps préalablement chargé, à condition de les relier par certains types de matériaux (par exemple un fil métallique). Les « corps électriques » sont en réalité les matériaux isolants, alors que les « corps anélectriques » sont des matériaux conducteurs. On ne comprendra que plus tard qu’un corps conducteur peut aussi rester chargé, à condition de l’isoler de la Terre. Au 18eme siècle Jean-Antoine Nollet (1700-1770) passe pour l’un des meilleurs experts européen en électricité, bien que ses compétences soient surtout expérimentales. Grand adversaire de Benjamin Franklin, il ne comprendra jamais la véritable nature de l’électricité - 4 - en général et de la foudre en particulier. En revanche ses fameuses machines électrostatiques sont réputées pour leurs performances. L’efficacité d’une machine se mesure à la longueur des étincelles qu’elle permet de « tirer ». Avec des étincelles d’une vingtaine de centimètres, de telles machines permettaient probablement d’atteindre une centaine de kilovolts ! En 1746 le physicien hollandais de l’Université de Leyde Petrus van Musschenbroek (1692-1761), Il charge d’électricité un liquide contenu dans une bouteille de verre qu’il tient d’une main. Il forme ainsi un condensateur qui va se décharger à travers son propre corps, si jamais son autre main entre en contact avec le liquide. À cette époque, le condensateur s’appelle « bouteille de Leyde ». Le physicien et homme politique américain et l’artisan de l’indépendance américaine. Benjamin Franklin (1706-1790), il réalise de nombreuses expériences et devine qu’il ne s’agit - 5 - pas à proprement parler d’une matière (« fluide électrique », comme on disait en son temps) mais plutôt d’une influence immatérielle (le champ électrique qui ne sera clairement défini qu’un siècle plus tard). En 1752, Franklin n’imagine pas du tout qu’une simple tige métallique puisse réellement attirer la foudre. L’expérience qu’il propose (et qu’il ne réalisera jamais lui-même) vise à capter un peu de « fluide électrique » des nuages, pour vérifier s’il ressemble à celui que l’on produit en laboratoire. L’expérience sera réalisée avec succès en France : des étincelles jailliront dans la guérite, lorsqu’un nuage orageux passe dans le ciel. Mais l’année suivante, à Saint- Pétersbourg, le physicien Wilhelm Richmann qui tente la même expérience sera bel et bien tué par la foudre. Dés lors, Franklin se rend compte que ces tiges peuvent effectivement protéger de la foudre, en la canalisant vers la terre, même si beaucoup de physiciens considèrent encore comme impossible de « uploads/Ingenierie_Lourd/ haute-tension.pdf