Simulation numerique des vibrations induites par effet de couronne sur les conducteurs a haute tension

摘要

En présence de pluie, les lignes de transport d'énergie électrique se mettent à vibrer à la fréquence naturelle du conducteur. Les vibrations sont causées par la présence intermittente des charges d'espace et du vent ionique située sous les gouttes d'eau suspendues au conducteur. Depuis une dizaine d'années, une étude visant à déterminer les mécanismes de ce type de vibration a été entreprise par les chercheurs de l'Université du Québec à Chicoutimi. De nombreux tests ont été réalisés notamment afin de mettre en évidence l'amplitude des forces en jeu ainsi que l'influence des conditions expérimentales (intensité des précipitations, polarité et valeur du champ électrique à la surface du conducteur) sur l'amplitude de vibration. Les résultats issus de ces études ont servi à valider le modèle conçu dans le cadre du présent travail.ududL'objectif est d'élaborer un modèle destiné à simuler numériquement les vibrations induites par effet de couronne sur les lignes de haute tension de grandeur réelle, en tenant compte de la variation des paramètres tels que: type de conducteur, intensité des précipitations, valeur et polarité du champ électrique à la surface du conducteur.ududPour ce faire, la méthode des éléments finis a été utilisée et plus particulièrement la méthode de superposition modale. Cette méthode permet de transformer l'équation différentielle de base en un système d'équations différentielles découplées où chaque équation représente un mode de vibration. La discrétisation du temps a été réalisée à l'aide d'une méthode basée sur les différences finies.ududLa variation dans le temps de la force induite par effet de couronne utilisée dans cette étude est de forme impulsionnelle. Cette forme donne des résultats satisfaisants et plus réalistes qu'en utilisant une forme sinusoïdale telle qu'utilisée dans les études antérieures.ududDans un premier temps, un programme a été conçu pour modéliser les vibrations d'un conducteur d'une longueur de 3,58m, existant en laboratoire. Les résultats obtenus en utilisant ce conducteur ont permis de valider les facteurs d'amortissement. L'équation d'équilibre d'une goutte d'eau soumise à un champ électrique nous a permis de déterminer le moment d'éjection des gouttelettes d'eau. Un phénomène de battement a été observé expérimentalement ainsi que lors des simulations avec l'équation d'équilibre. Ce phénomène démontre que les simulations effectuées avec l'équation d'équilibre représentent bien la réalité.ududDans un deuxième temps, des simulations ont été effectuées sur deux lignes réelles en faisant varier les paramètres cités ci-avant. Les résultats obtenus sont conformes avec les observations effectuées sur le terrain: l'amplitude des vibrations est de l'ordre de 1 à 5 cm avec une fréquence variant de 0,2 à 3 Hz.ududLa méthode de superposition modale utilisée pour modéliser les vibrations induites par effet de couronne a permis de reproduire plusieurs modes de vibration lors des simulations réelles contrairement aux simulations obtenues avec la méthode de Wilson qui n'excitait que le premier mode. De plus, le temps de calcul est très court avec la superposition modale permettant ainsi l'utilisation d'un plus petit pas de temps et par conséquent une augmentation de la précision dans les calculs. Donc la méthode de superposition modale s'est avérée un bon choix.ud