Introduction
publicité
CHAPITRE 1 Introduction A – Historique B – Généralités sur la haute tension a. Domaines de la haute tension b. Normalisation EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 1 1. Introduction > A. Historique A. Historique EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 2 1. Introduction > A. Historique 6e siècle avant J.-C. www.mlahanas.de/Greeks/Thales.htm Thalès de Milet observe qu’un morceau d’ambre frotté acquiert la capacité d’attirer des fétus de paille ou des brins de poussière. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 3 1. Introduction > A. Historique 1673 Otto von Guericke invente la machine électrostatique, qui permet d’obtenir plusieurs milliers de volts. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 4 1. Introduction > A. Historique 17e et 18e siècles L’abbé Jean-Antoine Nollet perfectionne la machine électrostatique et réalise de nombreuses expériences de décharges et d’étincelles. Louis FIGUIER, Les Merveilles de la science – Électricité (1910) p.34 EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 5 1. Introduction > A. Historique 1746 Petrus van Musschenbroek découvre par hasard le condensateur… et reçoit une mémorable décharge électrique! Amédée GUILLEMIN, Le magnétisme et l’électricité (1883) p.248 « Je ne m'exposerais pas une seconde fois au même choc, quand bien même on m'offrirait la couronne de France. » EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 6 1. Introduction > A. Historique Benjamin FRANKLIN, Œuvres complètes (1773) tome 1, p.339 1752 Benjamin Franklin suppose que la foudre est un phénomène électrique. Il propose de construire une guérite équipée d’une pointe, pour capter le « fluide » des nuages et voir si l’on peut en tirer des étincelles du même genre que celles que l’on produit dans les laboratoires à l’aide de la machine électrostatique. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 [1] 7 1. Introduction > A. Historique 1780 Luigi Galvani (1737-1798) observe que des cuisses de grenouilles, à proximité d’une machine électrostatique, sont animées de soubresauts, quand une étincelle se produit Louis FIGUIER, Les Merveilles de la science – Électricité (1910) p.71 EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 8 1. Introduction > A. Historique EXPÉRIENCE 1800 Alessandro Volta (1745-1827) invente la pile électrique (courant continu) en empilant des rondelles de zinc et de cuivre, séparée par un électrolyte. 1831 Joseph Henry (1797-1878) et Michael Faraday (1791-1867) inventent indépendamment le courant alternatif. La basse tension est née ! EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 9 1. Introduction > A. Historique THÉORIE 1820 André-Marie Ampère (1775-1836) formule les lois de l’électrocinétique et de l’induction magnétique. Il les expose l’année suivante devant l’Académie des sciences de Paris. 1864 James Clerk Maxwell (1831-1879) présente les équations générales de l’électromagnétisme à la Royal Society de Londres. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 10 1. Introduction > A. Historique APPLICATIONS 1895 La puissance initiale, de 30 MW, sera progressivement augmentée jusqu’à 147 MW avant la Première Guerre mondiale. La centrale alimentait un réseau de 32 km, sous 11 kV. www.electroherbalism.com Mise en service de la première centrale électrique du monde, sur les chutes du Niagara. Elle est l’œuvre de Nikola Tesla (1856-1943) et de George Westinghouse (1846-1914). Et le monde entra dans l’ère électrique ! EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 11 1. Introduction > A. Historique De la boule de soufre… à la centrale électrique EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 12 1. Introduction > A. Historique 20e siècle Au cours du 20e siècle, les recherches en haute tension ont porté principalement sur : Le développement et l’amélioration des matériaux isolants. La modélisation du vieillissement et la planification de l’entretien et du renouvellement des installations haute tension. L’étude « tous azimuts » des processus de décharge électrique. L’optimisation, par simulation informatique, de la conception des équipements, du point de vue de leur fonctionnalité et de leur coût. La mise au point de méthodes de surveillance en continu et de diagnostic. La mise au point de système de mesure à large bande passante et intégrant des traitements statistiques. La normalisation des systèmes et des procédures d’essai. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 13 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension B. Généralités sur la haute tension EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 14 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > a. Domaines de la haute tension Définition de la haute tension Définition : une 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. Les systèmes à haute tension sont souvent le siège de phénomènes non linéaires ou se produisant à partir d’un seuil. Exemple : l’arc électrique. Seuils de tensions : Basses tensions : au-dessous de 1 kV. Moyennes tensions : 1 ~ 33 kV. Hautes tensions : 33 ~ 230 kV Très hautes tensions : 230 ~ 800 kV Ultra hautes tensions : au-dessus de 800 kV [2] En électronique, on parle de transistor à haute tension à partir de 5 V. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 15 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > a. Domaines de la haute tension Les réseaux électriques Le développement des réseaux électriques a constitué la première utilisation, à grande échelle, des hautes tensions. Pour augmenter la puissance transportée, on peut : augmenter le courant : augmentation de l’échauffement (maximum admis: 60°C) augmentation de la section augmentation du poids augmenter la tension : augmentation du champ électrique augmentation des distances d’isolement apparition de phénomènes potentiellement perturbants EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 16 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > a. Domaines de la haute tension Perturbations dues à la haute tension Différents phénomènes potentiellement perturbants sont propres à la haute tension (champs électriques élevés) : Claquage diélectrique Détérioration provisoire ou définitive des spécifications de l’isolant Une isolation est dite autorégénératrice si elle retrouve ses propriétés isolantes à peu près intactes après le claquage. Ce n’est pas le cas des solides qui, une fois perforés, doivent être remplacés. Les isolations au papier imprégné d’huile sont aussi autorégénératrices, car l’huile va remplir un éventuel trou provoqué par un claquage à travers le papier. L’effet de couronne Perturbations sonores, rayonnement électromagnétique, perte d’énergie active, production d’ozone Décharges partielles Détérioration des isolants Dangers des tensions et des champs électriques pour l’être humain EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 17 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > b. Normalisation Organismes de normalisation International [3] CEI : Commission électrotechnique internationale qui a publié près de 2000 documents de différents types. CISPR : Comité international spécial des perturbations radioélectriques. Fondé, en 1934 pour protéger les radioamateurs contre les perturbations engendrées par les réseaux électriques. ISO : International Organization for Standardization. Europe CENELEC : Comité européen de normalisation électrotechnique (dont la Suisse fait partie), orienté vers la sécurité des produit mis sur le marché. DIN : Deutsches Institut für Normung. NF : normes de l’Association française de normalisation EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 18 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > b. Normalisation Organismes de normalisation États-Unis ASTM : American Standard Test Method. MIL-Std : Military Standards. Suisse Électrosuisse. CES : Comité électrotechnique suisse. SNV : Association suisse de normalisation. ASUT : Association suisse des télécommunications. Les normes électrotechniques appliquée en Suisse sont généralement reprises des normes européennes. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 19 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > b. Normalisation Disposition normalisée États-Unis Europe Les positions du futur... EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 20 1. Introduction > B. Généralités sur la haute tension > b. Normalisation L’avenir de la haute tension Aujourd’hui, les développement de la haute tension sont surtout orientés vers l’optimisation en termes économiques. Réseaux électriques Dans un contexte de marché de l’électricité libéralisé, il est important de pouvoir prévoir les défaillances. Les méthodes utilisées sont : •la modélisation informatique des équipements et des phénomènes. •la surveillance en continu (monitoring) des systèmes. •l’analyse des données obtenues, au moyen de traitements mathématiques complexes (statistiques multivariables, réseaux de neurones artificiels, logique floue…) Autres applications Dans certains domaines (par exemple: spatial), les nouveaux matériaux isolants permettent d’élever les niveaux de tension et d’optimiser ainsi les coûts et/ou les performances des dispositifs concernés. EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1 21
