D 4 421

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© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 4 421 − 1
Lignes aériennes
Dimensionnement
par André CHANAL
Licencié ès sciences
Diplômé d’études supérieures de physique
Ingénieur de l’École supérieure d’électricité
Ingénieur en chef honoraire d’Électricité de France
Direction de la production et du transport
et article indique les règles de dimensionnement géométrique, électrique et
mécanique des lignes aériennes.
La prise en compte de l’environnement climatique, malgré le perfectionne-
ment des études météorologiques et des statistiques, est toujours la préoccupa-
tion majeure des constructeurs de ligne. Par suite des nombreux usages actuels
de l’électricité, souvent incompatibles avec des interruptions longues d’alimen-
tation, les lignes doivent, en effet, assurer la desserte électrique dans les condi-
tions météorologiques les plus sévères. Dans ce domaine, les directives de
construction ont fait l’objet de nombreuses études et constituent un ensemble
cohérent confirmé par le retour d’expérience : le maître d’œuvre, en choisissant
le degré de sévérité des conditions climatiques (zone de vent, surcharge de
givre…), définit en fait le dimensionnement le plus approprié de l’ouvrage et
peut en justifier le coût.
1. Dimensionnement géométrique .......................................................... D 4 421 – 2
1.1 Distances d’isolement ................................................................................. — 2
1.2 Conditions de vérification........................................................................... — 2
1.3 Distances au sol, aux constructions et aux obstacles .............................. — 3
1.4 Distances aux obstacles dans le cas de givre ou de neige ...................... — 6
1.5 Distances entre conducteurs et masse des supports ............................... — 7
1.6 Distances entre câbles................................................................................. — 8
1.7 Distances de travail ..................................................................................... — 9
2. Dimensionnement électrique ............................................................... — 9
2.1 Échauffement des conducteurs. Courants admissibles ........................... — 9
2.2 Effet couronne............................................................................................. — 12
2.3 Qualité de service. Défauts affectant les lignes aériennes....................... — 12
2.4 Tenue des lignes aux courants de court-circuit
(lignes à haute tension HTB)....................................................................... — 15
2.5 Mise à la terre des supports ....................................................................... — 18
2.6 Parallélisme avec les lignes de télécommunication................................. — 19
2.7 Canalisations de transport de fluide
(hydrocarbures, gaz combustibles)............................................................ — 21
3. Dimensionnement mécanique.............................................................. — 21
3.1 Efforts occasionnels et hypothèses climatiques....................................... — 21
3.2 Vent ............................................................................................................... — 22
3.3 Givre, pluie verglaçante et neige collante ................................................. — 23
3.4 Hypothèse de rupture.................................................................................. — 25
3.5 Hypothèses complémentaires pour le montage et l’entretien ................ — 25
3.6 Vérification mécanique ............................................................................... — 26
3.7 Phénomènes dynamiques .......................................................................... — 27
Références bibliographiques ............................................................. –– 29
C

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Une autre préoccupation, plus récente, est la qualité du service. La réduction
du nombre de défauts fugitifs provoqués par la foudre et affectant les lignes HTB
est possible. On sait que ceux-ci engendrent des perturbations très gênantes
pour les utilisateurs industriels.
Les règles indiquées dans ce fascicule sont celles utilisées en France. Elles ne
sont pas directement applicables dans les pays étrangers, par suite de condi-
tions climatiques différentes, d’une part, et de la diversité des règlements admi-
nistratifs et des normes, d’autre part. Le lecteur, cependant, trouvera dans le
fascicule toutes explications sur les règles de dimensionnement, les méthodes
de calcul et les choix : il pourra utilement s’en servir pour établir un projet de
ligne dans un pays étranger.
L’article « Lignes aériennes » fait l’objet de plusieurs fascicules :
D 4420 Présentation et calcul des lignes
D 4421 Dimensionnement
D 4422 Matériels entrant dans une ligne aérienne
D 4429 Construction
D 4430 Entretien
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez
souvent se reporter aux autres fascicules.
Cet article est une réactualisation du texte rédigé par Yves PORCHERON paru en 1992 dans ce
traité. Une partie du texte a été conservée.
1. Dimensionnement
géométrique
1.1 Distances d’isolement
Une ligne aérienne est caractérisée par sa tension entre phases.
■Cette tension définit l’isolement de la ligne qui est obtenu en
maintenant, en toutes circonstances, entre les conducteurs et les
objets au potentiel de la terre et entre les conducteurs eux-mêmes
des intervalles d’air de longueur suffisante.
Ces intervalles sont soumis en permanence à la tension de la
ligne, mais ils subissent également des contraintes exceptionnelles,
les plus gênantes étant les surtensions provoquées par la foudre [1].
Ils peuvent, de surcroît, varier en fonction des conditions climati-
ques (température ambiante, vitesse du vent, surcharge de givre ou
de neige) ou sous l’effet d’efforts électrodynamiques provoqués par
un défaut.
La détermination de l’isolement d’une ligne est donc complexe :
cela explique les divergences qui peuvent exister entre les régle-
mentations ou directives utilisées dans les différents pays.
En France, l’Arrêté technique (cf. [D 4420] §1.2.2) précise les dis-
tances minimales à respecter pour assurer la sécurité des personnes
au regard du risque électrique :
— distances verticales au-dessus du sol des constructions et des
voies de circulation ;
— distances aux obstacles latéraux ;
— distances aux autres lignes aériennes.
Le maître d’œuvre doit choisir d’autres distances intervenant
dans le fonctionnement de la ligne ou dans sa qualité de service ;
par exemple les distances entre phases ou entre conducteurs et
masse des supports. Certaines distances minimales sont, de sur-
croît, imposées par les travaux d’entretien.
■Les distances minimales
D , définies par l’Arrêté technique,
pour les surplombs et les voisinages sont la somme d’une distance
de base b et d’une distance de tension t .
D = b + t
●La distance de base b est déterminée par des considérations
d’encombrement à partir de l’affectation du sol et de la nature des
installations qu’il comporte.
●La distance de tension t est fonction de la tension entre phases
U de la ligne et de la probabilité qu’une personne ou un objet soit
situé à la distance de base b du sol ou de l’installation considérée.
Trois cas de probabilité sont prévus :
— probabilité de voisinage faible ...............................
t
1 = 0,0025
U
— probabilité de voisinage moyenne .......................... t
2 = 0,0050
U
— probabilité de voisinage forte ................................. t
3 = 0,0075
U
avec U exprimé en kilovolts, D , b et t en mètres.
Les valeurs usuelles de
t
1,
t
2 et
t
3 en fonction de
U sont données
dans le tableau 1.
1.2 Conditions de vérification
Les distances minimales d’isolement sont vérifiées dans des
conditions de température, de vent et de givre. Celles-ci se réfèrent,
pour des zones de vent et les surcharges de givre, aux hypothèses
climatiques utilisées pour le calcul mécanique des lignes (§ 3).
Tableau 1 – Distances de tension t
1,
t
2 et
t
3 (en mètres) :
valeurs usuelles
U BT 20 kV 63 kV 90 kV 225 kV 400 KV
t
10 0 0,20 0,20 0,60 1,00
t
20 0 0,30 0,50 1,10 2,00
t
30 0,20 0,50 0,70 1,70 3,00
Dans un but de normalisation, tous les ouvrages à 63 kV, en
France, sont maintenant construits pour la tension de 90 kV,
même s’ils sont exploités en 63 kV.

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1.2.1 Température de répartition
On appelle température de répartition celle choisie pour détermi-
ner les distances minimales entre les conducteurs sous tension et le
sol ou les constructions.
Cette température (tableau 2), en l’absence de surcharge de givre
ou de neige, correspond à la flèche maximale. Elle est toujours
supérieure ou égale à la température maximale de fonctionnement
retenue pour calculer l’intensité maximale du courant admissible
dans les conducteurs.
Certaines marges de sécurité sont, en effet, réservées :
— sur les lignes à 400 kV, pour ménager des possibilités ultérieu-
res de fonctionnement avec des courants plus importants qu’actuel-
lement ;
— sur les lignes à 20 kV et à 90 kV, car la température maximale
de fonctionnement correspond à un régime pouvant être permanent.
À partir du paramètre de réglage à 15 °C sans vent (§ 1.2.2), le
maître d’œuvre détermine le paramètre de répartition, pour le can-
ton de ligne considéré (cf. [D 4 429]). Il peut ainsi tracer la chaînette
correspondante sur le profil en long et connaître la position la plus
basse des conducteurs.
1.2.2 Vent
Les distances aux obstacles latéraux doivent, bien évidemment,
tenir compte des balancements provoqués par le vent. Les pres-
sions retenues pour déterminer les inclinaisons maximales tiennent
compte à la fois des variations rapides de la vitesse du vent et de
l’inertie des câbles. On définit ainsi pour les zones à vent normal
(ZVN) et les zones à vent fort (ZVF) un vent dit « réduit » qui corres-
pond à des pressions très inférieures à celles retenues pour les
calculs mécaniques.
Les différents pressions de vent sont indiquées dans le tableau 3.
1.2.3 Givre
Trois surcharges de givre ou de neige sont retenues pour les
lignes HTB :
— givre léger ………………………épaisseur du manchon de 2 cm ;
—givre moyen ……………………épaisseur du manchon de 4 cm ;
—givre lourd ……………………...épaisseur du manchon de 6 cm.
Dans les zones de givre moyen ou lourd, la position la plus basse
des câbles givrés peut être inférieure à la position correspondant à
la température de répartition. Les vérifications complémentaires
sont précisées dans le paragraphe 1.4.
1.3 Distances au sol, aux constructions
et aux obstacles
Les distances indiquées, comme dit dans l’Introduction, sont cel-
les utilisées en France ; elles sont toujours égales ou supérieures à
celles prescrites par l’Arrêté technique.
La flèche
f , lorsqu’elle intervient dans les distances, est la flèche
médiane exprimée en mètres (cf. [D 4 420] § 2.6).
Tableau 2 – Températures maximales de fonctionnement et températures de répartition des lignes
Tension de la ligne 20 kV 63 ou 90 kV 225 kV 400 kV
Température maximale de fonctionnement ................................... (°C) 40 (1) 60 75 75
Température de répartition .............................................................. (°C) 45 65 75 90
(1) Dans le cas général
Tableau 3 – Conditions climatiques pour la vérification du dimensionnement géométrique
Désignation
de la vérification Température (°C)
Pression du vent
sur les conducteurs
(Pa)
Vitesse approximative
du vent
(km/h)
Vérification associée le plus
couramment
Vent nul 15 Vent nul –– Distances à la masse sur les supports
Vent réduit 15
Zone à vent normal (ZVN) : 240 110 Distances entre câbles
Zone à vent fort (ZVF) : 360 125 Distances à la masse sur les supports
Distances aux obstacles latéraux
Vent extrême 15 800 > 150 Distances à la masse des supports
800 à 1 030 (suivant les zones) Distances aux maisons et immeubles
Travaux sur les ouvrages 15 60 35 Distances de travail
La position la plus basse des conducteurs ne sera réellement
conservée pendant la durée de vie de l’ouvrage que si la com-
pensation de l’allongement inélastique des câbles est faite
correctement au moment du déroulage [D 4 422].
Exemple : pour une zone à vent normal, on prend :
— 480 Pa, pour les calculs mécaniques ;
— 240 Pa, pour déterminer l’inclinaison maximale des câbles.
La zone à vent fort (ZVF) correspond à la vallée du Rhône en
aval de Montélimar, à la région de Perpignan et à la partie sep-
tentrionale de la Corse. Les pressions de la zone ZVF doivent
également être appliquées dans les façades maritimes de
l’océan Atlantique, de la Manche et de la mer du Nord et dans
certaines zones montagneuses très ventées.

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Pour ne pas alourdir le texte, toutes les distances prescrites par la
réglementation en vigueur, qui évolue d’ailleurs avec les besoins, ne
sont pas reprises dans le paragraphe : par exemple, les distances
aux silos agricoles, les distances aux arbres, les dispositions parti-
culières en cas d’arrosage par jet canon, etc. On se borne à indiquer
les distances les plus usuelles et à démontrer leur cohérence.
1.3.1 Hauteurs au–dessus des sols : cas général
Les distances minimales à respecter sont données dans le
tableau 4 et doivent être vérifiées pour la température de répartition
sans vent (tableau 2).
■Sont à considérer comme terrains ordinaires les sols non suscep-
tibles d’être cultivés, sur lesquels la présence de personnes est
exceptionnelle, comme les zones de haute montagne, les garrigues
du Midi, etc.
■Un
terrain en friche , situé dans une zone de culture, doit être
considéré comme un terrain agricole.
1.3.2 Hauteurs au–dessus des sols habituellement
enneigés de plus de 3 m, des pistes de ski
et des remontées mécaniques
■Sols enneigés de plus de 3 m
Deux vérifications doivent être effectuées, en considérant :
— le sol sans neige : distances du tableau 4 ;
— le sol recouvert de neige : distances du tableau 5, la tempéra-
ture des conducteurs étant prise égale à 30 °C.
■Pistes de ski et aires de rassemblement de skieurs
Les hauteurs minimales données dans le tableau 5 doivent être
respectées au-dessus de la neige en l’absence de givre sur les
conducteurs, la température de ceux-ci étant de 30 °C.
■Téléphériques et remonte-pentes (voisinage ou croisement
avec une ligne électrique)
Les distances minimales prescrites sont définies par rapport à la
surface délimitant les installations fixes d’un téléphérique ou d’un
remonte-pente et à celles définies par le gabarit cinématique de ces
engins et de leurs accessoires (arrêté du 24 décembre 1969). Ces
distances à respecter sont données dans le tableau 5.
Pour des raisons évidentes de sécurité, le croisement inférieur
des téléphériques est fortement déconseillé ; néanmoins, si ce type
de franchissement ne peut être évité, la vérification des distances se
fera, en l’absence de vent, pour des températures des conducteurs
de – 20 °C et, pour les lignes à 20 kV, de – 10 °C.
Dans le cas de terrain présentant des pentes importantes, la
distance au sol doit également être vérifiée sous balancement
des conducteurs à + 15 °C et sous le vent réduit de 240 Pa dans
le cas normal et de 360 Pa dans les zones à vent fort (tableau 3).
Tableau 4 – Distances minimales (en mètres) aux sols
Nature du surplomb Arrêté
technique
Portée usuelle Grande portée
20 kV 63 ou 90 kV 225 kV 400 kV
Terrains ordinaires
b + t
1
avec b = 6 6,00 (1) 6,50 7,00 7,50
Terrains agricoles
b + t
2
avec b = 6 6,00 (1) 7,00 7,50 8,50
Terrains agricoles avec engins (agricoles) de hauteur
hh + 1 + t
2
h + 1,00 h + 2,00 h + 2,50 h + 3,50
(1) Peut être réduit à 5,5 m en cas d’irrégularité locale du terrain
306 ft
1
+,+
306 ft
2
+,+
h 2–06 ft
2
+,+
Tableau 5 – Distances minimales (en mètres) aux sols enneigés et remontées mécaniques
Nature du surplomb Arrêté technique Portée usuelle Grande portée
20 kV 63 ou 90 kV 225 kV 400 kV
SOLS ENNEIGÉS DE PLUS DE 3 m
Sol enneigé
(hauteur au-dessus de la neige)
b + t
1
avec b = 3 3,50 3,50 4,00 4,50
PISTES DE SKI ET AIRES DE RASSEMBLEMENT DE SKIEURS
Sol enneigé
(hauteur au-dessus de la neige) Pas de prescriptions particulières. On prendra :
b + t
3
avec b = 4,50
5,00 6,00 7,00 8,00
TÉLÉPHÉRIQUES ET REMONTE–PENTES
Croisement supérieur
(température de répartition ; vent nul)
b + t
2
avec b = 3
3,00 4,00 4,50 5,50
Croisement inférieur
(– 20 °C ; vent nul ; givre nul)
Voisinage latéral
(+ 15 °C ; vent, quelle que soit
la zone, de 300 Pa)
3,00 4,00 4,50 5,50
06 ft
1
+,
15 06 ft
3
+,+,

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1.3.3 Hauteurs au–dessus des voies de circulation
Les distances minimales à respecter sont données dans le
tableau 6. Elles seront vérifiées pour la température de répartition
sans vent (tableau 2).
1.3.4 Hauteurs au–dessus des chemins de fer
et autres voies rigides pour véhicules guidés
Les distances minimales à respecter sont données dans le
tableau, également pour la température de répartition sans vent
(tableau 2).
Les traversées de chemins de fer et autres voies pour véhicules
guidés équipées de lignes de contact sont également considérées
comme des traversées de lignes aériennes et les distances ne doi-
vent pas être inférieures à celles prescrites pour ce type de traversée
(§ 1.3.7).
1.3.5 Hauteurs au–dessus des cours d’eau
et des plans d’eau
Les distances minimales, données dans le tableau 7, doivent être
respectées, pour les températures de répartition, en l’absence de
givre et de vent (tableau 3).
Les hauteurs à respecter au–dessus des cours d’eau et plans
d’eau sont fonction de la hauteur autorisée des mâts des bateaux de
commerce et du tirant d’air autorisé des bateaux de plaisance, qui
sont fixés par arrêté préfectoral.
Les distances applicables aux grandes portées doivent être choi-
sies lorsqu’elles sont supérieures aux distances indiquées pour les
portées usuelles.
Les lignes électriques ne doivent pas être implantées dans les
zones spécialement aménagées pour la mise à l’eau des voiliers ou
dans les zones permettant cette opération par leurs dispositions
naturelles. S’il n’est pas possible d’éviter le surplomb de ces zones,
la hauteur minimale au-dessus du sol, dans ce cas, devra être égale
à celle prévue au-dessus du plan d’eau, majorée de 1 m.
Tableau 6 – Distances minimales (en mètres) aux voies de circulation
Nature du surplomb Arrêté technique Portée usuelle Grande portée
20 kV 63 ou 90 kV 225 kV 400 kV
VOIES DE CIRCULATION
Voies normales
b + t
3 > 8
avec b = 6
8,00 8,50 8,50 9,50
Itinéraires pour véhicules de grande
hauteur
hh
+ 1 + t
2
h + 1,20 h + 2,00 h + 2,50 h + 3,50
CHEMINS DE FER
Supports des fils de contact aériens
et des caténaires
b + t
2
avec b = 3
3,00 4,00 4,50 5,50
Gabarit cinématique du matériel
b + t
2
avec b = 2,7
2,70 3,50 4,50 5,00
306 ft
3
+,+
h 2–06 ft
2
+,+
Tableau 7 – Distances minimales (en mètres) aux cours d’eau et aux plans d’eau
Nature du surplomb Arrêté technique Portée usuelle Grande portée
20 kV 63 ou 90 kV 225 kV 400 kV
COURS D’EAU NON NAVIGABLES NI FLOTTABLES
Hauteur au-dessus des plus hautes eaux (PHE)
b + t
1
avec b = 3 3,00 3,50 4,00 4,50
Hauteur sur le niveau d’étiage
b + t
1
avec b = 6 6,00 6,50 7,00 7,50
COURS D’EAU NAVIGABLES ET FLOTTABLES SANS NAVIGATION DE PLAISANCE À VOILE
Hauteur au-dessus des plus hautes eaux naviga-
bles (PHEN),
h étant la hauteur maximale autorisée
des mâts des bateaux de commerce (1)
avec b = 8
h + 1 h + 2 h + 2,50 h + 3,50
COURS D’EAU NAVIGABLES ET FLOTTABLES ET PLANS D’EAU AVEC NAVIGATION DE PLAISANCE À VOILE
Hauteur au-dessus des plus hautes eaux naviga-
bles (PHEN),
h ’ étant la hauteur autorisée du tirant
d’air des bateaux de plaisance (1)
avec
b = 9
(1) hauteur minimale au-dessus des plus hautes eaux navigables
06 ft
1
+,
306 ft
1
+,+
h 1 t
2
++
bt
2
+> 8>00, 900,> 950,> 10 50,>
h 2–06 ft
2
+,+
5>06 ft
2
+,+
h
′1
t
2
++
bt
2
+>
h
′1+
900,>
h
′2+
10 00,>
h
′250,+
10 50,>
h
′350,+
11 50,>
h
′2–06
ft
2
+,+
6>06 ft
2
+,+