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Page de résumé pour ULgetd-05082009-133757

Auteur : Nzuru Nsekere, Jean-Pierre
E-mail de l'auteur : nsekere@student.ulg.ac.be
URN : ULgetd-05082009-133757
Langue : Français/French
Titre : Contribution à l'analyse et à la réalisation des mises à la terre des installations électriques dans les régions tropicales
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences de l'ingénieur
Département : FSA - Département d'électricité, électronique et informatique
Jury :
Nom : Titre :
DUBOIS, Hervé Membre du jury/Committee Member
DULAR, Patrick Membre du jury/Committee Member
KAMABU, Tsongo Membre du jury/Committee Member
KITKO, Senghi Membre du jury/Committee Member
Pirotte, Pol Membre du jury/Committee Member
VANDERHEYDEN, Benoît Président du jury/Committee Chair
LILIEN, Jean-Louis Promoteur/Director
Mots-clés :
  • installations électriques
  • régions tropicales
  • mises en terre
Date de soutenance : 2009-04-24
Type d'accès : Public/Internet
Résumé :

L’énergie électrique est un facteur primordial du développement. Les pays en

développement, souvent situés dans les régions tropicales, ont encore à ce jour un déficit en taux d’électrification et, en plus, les réseaux électriques existants connaissent de nombreuses perturbations, dues notamment aux problèmes de mise à la terre.

Depuis plusieurs décennies, des recherches se sont intensifiées dans le domaine des mises à la terre des installations électriques. Ces recherches visaient, dans leur grande majorité, les comportements de ces mises à la terre à fréquence ndustrielle et en régime établi ; en plus,la résistivité du sol considérée était généralement proche de 100 Ω.m (valeur souvent rencontrée dans les régions tempérées), ce qui n’est pas le cas en région tropicale dans certains types de terrain (les résultats des mesures effectuées en République Démocratique du Congo le prouvent : les résistivités des sols peuvent atteindre plusieurs milliers de ohms-mètres).

En outre, les normes relatives aux mises à la terre se basent principalement sur ces données qui ne sont plus vraies en ce qui concerne la résistivité pour certains types de sol en milieu tropical. Pire, dans certaines de ces régions, le niveau kéraunique est élevé.

En très hautes fréquences, les comportements des mises à la terre sont fort différents de ceux à fréquence industrielle. Plusieurs études (théoriques et expérimentales) ont été

effectuées à ce sujet mais des zones d’ombre persistent encore à ce jour. Les hypothèses simplificatrices viennent encore s’ajouter à ces zones d’ombre et compliquent davantage la

précision dans l’analyse.

La décharge par la foudre (inévitable dans les régions à niveau kéraunique élevé), avec des niveaux énergétiques importants, couplés aux mauvaises caractéristiques du sol (résistivité

élevée), conduit à des difficultés d’exploitation et à une mise en oeuvre minutieuse des mises à la terre, faute de quoi les perturbations dans les installations électriques sont répétitives ; en plus, la sécurité du matériel et des personnes n’est plus garantie.

Des outils d’analyse numérique pour l’évaluation des mises à la terre sont donc nécessaires.

Dans ce travail, nous ferons usage de calculs par éléments finis pour évaluer les performances des mises à la terre en intégrant plusieurs cas et configurations possibles, dans le souci de se rapprocher des réalités physiques. Des comparaisons seront établies avec des calculs analytiques, lesquels font usage, dans de nombreux cas, de plusieurs approximations pour les rendre simples. Des solutions concrètes pour la meilleure réalisation des mises à la terre, en minimisant la résistance et la tension de pas, seront

proposées.

La plupart des configurations de mise à la terre requièrent des calculs par éléments finis en trois dimensions. Ceux-ci deviennent onéreux en termes de temps et de ressources. Une méthode dite « de perturbation » a été mise au point, méthode qui consiste à subdiviser le problème à trois dimensions en plusieurs problèmes axisymétriques, le temps et les

ressources pour le calcul devenant sensiblement réduits. Cette méthode est détaillée dans le deuxième chapitre. Le calcul par éléments finis permettra aussi d’analyser, toujours dans ce deuxième chapitre, le comportement transitoire des électrodes de terre face à l’onde de foudre.

Le premier chapitre rappelle quelques notions de base élémentaires et importantes à la compréhension de l’analyse des mises à la terre des installations électriques.

Le troisième chapitre traite des mises à la terre et des lignes électriques. Les lignes électriques sont sujettes à des perturbations d’origine atmosphérique (foudre). Ces perturbations provoquent des déclenchements préjudiciables à la continuité de service.

Pour les lignes à haute tension, le câble de garde permet une protection contre les coups de foudre, mais pour bien jouer son rôle, les mises à la terre des pylônes doivent avoir une

impédance relativement faible. Une analyse de cette exigence est réalisée pour la ligne 220 kV Inga-Kinshasa, corridor énergétique important pour l’alimentation électrique de la ville de Kinshasa. Cette ligne est située dans une région tropicale à niveau kéraunique élevé et connaît des fréquents déclenchements dus à la foudre.

Les recherches que nous avons menées sur les mises à la terre ont permis aussi d’obtenir, par des mesures, des données chiffrées fiables sur les propriétés électriques du sol dans la

région de Kinshasa en République Démocratique du Congo, données très importantes pour la conception des mises à la terre en région tropicale. Les résistances des mises à la terre

des plusieurs cabines de distribution ont aussi été mesurées. Le quatrième chapitre est donc consacré, dans sa première partie, aux résultats de ces mesures. A partir de ces résultats,

nous proposons des pistes de solutions concrètes pour la meilleure réalisation des mises à la terre, en respectant les normes pour la sécurité des équipements et des personnes. Enfin, le comportement transitoire sera analysé, pour des cas d’électrodes de terre de forme simple et l’effet de la résistivité élevée des sols sur ce comportement.

Le coût étant un aspect important en milieu tropical (généralement pauvre), nous allons en tenir compte dans les solutions optimales des mises à la terre.

L’intérêt de ces recherches sur les mises à la terre est de permettre leur réalisation minutieuse afin d’en minimiser l’impact négatif sur le fonctionnement harmonieux des réseaux électriques en régions pauvres et de forte résistivité. Pour ce faire, il faut donc, comme nous venons de le souligner ci-haut, se rapprocher davantage des réalités physiques des phénomènes en jeu.

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