Cet article se charge de présenter quelques méthodes utilisées dans l’analyse de systèmes de mise à la terre et en illustre les avantages, les limites et les cas d’utilisation de ces méthodes. Les résultats de calcul de ces méthodes sont proposés et comparés. Différents cas sont modélisés dans cet article, y compris des réseaux de mise à la terre de différentes tailles et des réseaux de mise à la terre avec des structures métalliques enterrées telles que des tuyaux d'acier et des cas de haute fréquence. Les discussions et les conclusions présentées dans cet article peuvent servir de référence lorsque le choix d’une méthode est fait pour effectuer une analyse de mise à la terre rigoureuse et efficace.

La gamme d’applications qui peut être gérée par les logiciels d’analyse de mise à la terre à faible fréquence (comme AutoGrid Pro, AutoGround, MultiGround et AutoGround Design) qui utilisent le module de calcul MALT et les autres logiciels qui prennent en charge les fréquences plus élevées (comme Multiground Z ou MultiFields) qui utilisent les modules de calculs MALZ ou HIFREQ se chevauchent. Ils peuvent tous être utilisés pour calculer les tensions de contact et de pas autour d'une grille de mise à la terre enterrée dans une structure de sol uniforme ou arbitraire (MALT et MALZ peuvent gérer les structures de sols arbitraire ou multicouches) ainsi que l'EPT et l'impédance de la grille. Les questions suivantes se posent alors :

1. Quels sont les avantages de chaque programme?
2. Quel programme doit être utilisé dans tel ou tel cas?

Cet article répond à ces questions de manière quantitative et qualitative, en utilisant des grilles enterrées de différentes tailles comme exemples. La section 2 décrit les suppositions et les limitations de différents programmes de manière générale. La section 3 décrit alors le système physique qui est étudié pour comparer les trois programmes, quantitativement. Enfin, la section 4 présente des résultats numériques.

Trois outils indépendants sont disponibles dans les logiciels de SES pour effectuer une étude sur les interférences de CA : SESTLS, ROW (TRALIN/SPLITS) et HIFREQ. Pour choisir le programme le plus approprié, il est important de prendre connaissance des avantages et des limites de ces outils.

L’objectif de cet article est d’avoir une bonne vision de ces trois outils par l’illustration de leurs avantages, leurs limites et leur applicabilité.

Cet article étudie les problèmes d’interférences électromagnétiques apparaissant dans des passages partagés par des lignes de transmission, des canalisations et des voies de chemin de fer, etc. Une nouvelle méthode de modèle de circuit servant à analyser les problèmes d’interférences est présentée. Cette méthode peut être utilisée pour calculer efficacement et correctement les niveaux d’interférences inductives, capacitives et conductives combinées. Des exemples pratiques sont examinés et des résultats obtenus avec la nouvelle méthode sont présentés et comparés à des résultats obtenus à l'aide de la méthode de modèle de circuit conventionnel et de la méthode du champ électromagnétique exact. Il est démontré que le nouveau modèle de circuit peut être appliqué aux problèmes qui ne peuvent pas être résolus par le modèle traditionnel.

Le problème des interférences de CA causées par les lignes à haute tension sur des dispositifs non alimentés (comme les canalisations, les rails, etc.) partageant un couloir commun avec des lignes électriques est important parce qu’il peut engendrer des chocs électriques et menacer l’intégrité des lignes. Cet article aborde et compare deux méthodes différentes dévouées aux études sur les interférences de CA. Une approche de circuit et une approche de champ électromagnétique sont utilisées pour effectuer une analyse paramétrique de différentes configurations de réseau, de systèmes de mise à la terre, de contributions et d'emplacements de courant de défaut, et de structures de sol. Dans l’approche de circuit, les composants d’interférences inductives et capacitives sont calculés en premier et indépendamment des composants conductifs. L’interférence globale est alors obtenue par addition de tous les composants. Deux méthodes sont utilisées pour modéliser les impédances de mise à la terre avec l’approche circuit. La méthode couplée de mise à la terre estime le couplage entre les terres; la méthode classique ignore le couplage en assumant que chaque système de mise à la terre est très éloigné des autres. D'un autre côté, la théorie du champ électromagnétique modélise le réseau complet et les effets d'interférences inductive, capacitive et conductive sont simultanément pris en compte. Les résultats de calcul basés sur les différentes approches et méthodes sont comparés et font l'objet de discussions. Dans certains cas, quelques différences notables apparaissent entre les différentes approches.

Cet article propose une nouvelle méthode, la méthode de simulation par bande, pour le calcul du champ électrique sur les surfaces des conducteurs des systèmes de transmission électrique. Cette méthode peut aussi calculer le champ électrique à n'importe quel point d’observation dans l’espace. Les effets sur la surface terrestre peuvent également être pris en compte. Les résultats des calculs ont été comparés à ceux obtenus à l'aide de la théorie bien connue de l’image successive. La comparaison entre les résultats obtenus pour le regroupement de quatre conducteurs démontre que lorsque le rapport entre le rayon du conducteur et la distance entre les conducteurs est supérieur à 1, les deux méthodes donnent les mêmes résultats. Lorsque la distance est inférieure à 1, la méthode de l’image successive tend à surestimer le gradient minimum sur le conducteur dans le cas d'un faisceau comptant plus de deux conducteurs, et la méthode suggérée donne des résultats plus précis. Un cas pratique de ligne de transmission a été réalisé dans cet article. Les champs électriques sur la surface du conducteur et sur la surface terrestre ont été calculés. Dans ce cas, la méthode suggérée et la méthode de l’image donnent des résultats uniformes.

Une méthode efficace pour le calcul des champs magnétiques générés par des lignes de transmission est présentée. La méthode utilise une approche de calcul bidimensionnelle et donne à la fois les paramètres de lignes du conducteur et de la phase ainsi que le champ magnétique. Les résultats des calculs pour un cas typique sont comparés à ceux utilisant un logiciel d'analyse indépendante tridimensionnelle et on constate que les résultats concordent bien.

SES offre deux produits logiciels qui calculent les tensions transférées à partir des lignes alimentées jusqu’aux conducteurs métalliques non alimentés tels que les circuits de lignes d'alimentation non alimentés en cours de maintenance, les canalisations, les rails, les câbles de communication, les barrières, etc. Dans tous les cas, le logiciel tient compte du couplage inductif du champ magnétique, du couplage capacitif du champ électrique et du couplage conductif à travers la terre. Ces deux produits, Multifields et Right Of-Way, sont comparés dans ce court article.

La mesure de l’impédance du système de mise à la terre d’un poste électrique ou d’une centrale électrique est souvent requis immédiatement après la construction afin de vérifier si les calculs de conception prédisent correctement la performance du système. Des années plus tard, de nouvelles mesures sont parfois nécessaires pour vérifier si le rendement du système de mise à la terre ne s'est pas détérioré. Toutefois, ce type de mesure, qui est habituellement effectué en utilisant la méthode de la chute de potentiel, est assujetti à un nombre important de problèmes potentiels : le couplage conductif entre la grille en cours de test et l’électrode distante de courant de retour, surtout pour les structures de sol avec une faible résistivité; le couplage inductif entre les câbles d'essai du courant et de la tension; le couplage inductif entre les câbles d'essai et les conducteurs de grille de mise à la terre; le couplage inductif entre les câbles d'essai et les câbles électriques statiques ou neutres ; une mise à la terre supplémentaire fournie par des câbles électriques statiques et neutres, ce qui réduit l'impédance apparente de la grille de mise à la terre. Cet article présente une méthodologie pour la mesure des impédances de terre qui minimise les effets du couplage inductif, du couplage conductif et de la mise à la terre de lignes électriques. Une analyse paramétrique est effectuée pour illustrer comment l’erreur de mesure change en tant que fonction des dimensions de grille, de la structure de sol, de l'emplacement des électrodes de test, de la distance de séparation entre les câbles d'essai, de l'emplacement des connexions entre les câbles d'essai et la grille de mise à la terre et de la fréquence de signal test utilisée. Il a été découvert que les impédances de mise à la terre exactes peuvent être obtenues par interprétation des données de test à l'aide des modèles de champs électromagnétiques qui déterminent l’erreur attendue comme étant une fonction de la fréquence du signal test.

Cet article traite de l’analyse d’un problème de surchauffe qui a été observé dans une canalisation en acier de 43 mètres renfermant des câbles électriques triphasés de 115kV. Un modèle de champ électromagnétique avec enveloppe d’acier a été construit pour déterminer la distribution des courants induits (courants de Foucault) dans les directions longitudinales, radiales et transversales de l’enveloppe causée par l'alimentation des câbles sous différentes conditions de fonctionnement. Ce modèle tient compte des effets combinés des interférences inductive, capacitive et conductive. Cette étude a impliqué un modèle de circuit pour déterminer la distribution de courant et de tension dans les conducteurs des câbles électriques enterrés. De plus, un modèle analytique détaillé de l’enveloppe cylindrique en acier (en supposant une enveloppe infiniment longue) a été créé pour déterminer les trajets de circulation du courant de Foucault, ainsi que leurs densité au travers de la coupe transversale à partir de la surface intérieure jusqu’à la surface extérieure de l’enveloppe. Les résultats de calcul démontrent que les courants induits dans l’enveloppe d’acier peuvent causer des pertes de chaleur importantes et que la distribution exacte de la densité du courant induit dans l’enveloppe d’acier joue un rôle important dans les pertes de chaleur générées par de tels courants.

Cet article présente l’étude de cas d’un site de communication par satellite dont certains équipements ont été endommagés lors d’un orage. L’élévation du potentiel de terre (EPT) transitoire et les tensions de contrainte sur les équipements endommagés pendant l’orage sont obtenus à l'aide de la théorie du champ électromagnétique. La tension de stress sur les équipements est réduite de 75% (de 25kV à 6 kV) lorsque le câble de terre du signal isolé est électriquement lié au terrain d'un équipement voisin. Un système approfondi de mise à la terre influence peu les tensions de contrainte au début de la période transitoire ; cependant, il réduit ces tensions de manière significative (d'environ 50%) après les 3 premières µs.

Cet article abordé en détail le calcul de l’élévation du potentiel de terre transitoire (EPTT) dans un disjoncteur de 500 kV d'un poste électrique à isolation gazeuse (GIS) lors de défauts phase-terre. Les défauts sont causés par un coup de foudre sur le conducteur de phase ou lors d’opérations de déconnexion du GIS. Des modèles s'inspirant des champs électromagnétiques et de la théorie du circuit ont été utilisés pour prédire la réponse transitoire. Un accord raisonnable entre les approches du modèle de circuit et de la théorie du champ a été trouvé en présence de la grille de mise à la terre. L'EPTT et les champs électromagnétiques transitoires proches du disjoncteur présentent une oscillation semblable à celle observé lors de l’absence de grille de mise à la terre [1]. L’amplitude de l'oscillation est réduite de près de 50% en raison des impédances de terre à surcharge plus faible situées à l'emplacement du défaut. Dans le cas du scénario de déconnexion de la surtension de manœuvre, l'EPT transitoire et les champs électromagnétiques oscillent initialement à une fréquence plus élevée (à environ 1,8 MHz). L’oscillation démontre une forme d’onde très différente comparativement à celle du scénario de coup de foudre. Deux méthodes de réduction ont été appliquées à l'EPTT dans le scénario du coup de foudre. Il a été découvert que l'EPTT peut être réduite significativement (d'environ 40%) lorsque la longueur du fil de masse du disjoncteur est réduite d'environ deux.

Le logiciel TLC est un calculateur de lignes de transmission (et de distribution) (Transmission Line Calculator) servant à estimer rapidement les champs électromagnétiques, les paramètres de lignes et les tensions induites. Il peut être utilisé pour estimer rapidement les paramètres de lignes, les champs électriques et les champs magnétiques associés à des configuration arbitraires de lignes de distribution et de transmission parallèles. Il peut également estimer les tensions et les courants induits sur d’autres dispositifs métalliques tels que des canalisations et des rails de chemin de fer.

Les problèmes associés à l’effet couronne des lignes à haute tension influence grandement le dimensionnement des conducteurs, des isolateurs et des accessoires. Pour parvenir à une solution réalisable, il est nécessaire d’estimer les conditions de la ligne une fois en fonctionnement et la plage de valeurs acceptables. Les trois principaux critères de l’effet corona sont l’interférence radio (IR), le bruit audible (BA) et les pertes par effet couronne (PEC). L'IR et le BA affectent principalement l’environnement et les coûts de construction de la ligne de transmission. Réciproquement, les pertes par effet couronne affectent principalement le coût des opérations. Le nouveau logiciel SESEnviroPlus est un outil d’analyse développé pour la conception de lignes de transmission aérienne de CA et de CC. Son interface conviviale est très utile pour concevoir rapidement des lignes.

Le programme AutoTransient simplifie l’analyse des phénomènes transitoires en exécutant automatiquement les programmes à l'aide des fréquences de calcul recommandées par la transformation de Fourier rapide en tant qu'ajout aux logiciels du domaine fréquentiel jusqu’à ce que certaines conditions de cessation particulières soient respectées. Cet article résume les capacités du programme et décrit une étude transitoire simple mais complète qui a été effectuée à l'aide d'AutoTransient.