Aperçu d'une étude classique sur les interfaces
Un pipeline, une voie ferrée ou un câble de télécommunications (désigné ici sous le nom « ligne exposée ») qui partage un couloir avec des lignes de transmission ou de distribution de courant alternatif capte en partie l'énergie du champ électromagnétique qui entoure les lignes électriques dans l'air et au sol. Cette énergie captée, souvent désignée sous le nom « interférences de CA », peut entraîner des risques de chocs électriques pour les personnes qui touchent aux lignes exposées ou aux structures métalliques qui y sont connectés ou qui se trouvent tout simplement à proximité. D'ailleurs, un excès de tensions perturbatrices dans les voies ferrées, les câbles téléphoniques, les parois de pipelines et les surfaces de revêtements peut dégrader ou endommager l'équipement et perforer le revêtement du pipeline, accélérant ainsi la corrosion et endommageant les brides et les redresseurs isolants. Dans le cas d'une élévation extrême du potentiel du sol, la paroi du pipeline elle-même pourrait être endommagée ou perforée. Un excès de tension entre rails (différence de potentiels entre rails) peut compromettre l'exploitation régulière des systèmes de signalisation et de protection des chemins de fer. Un excès de bruit de fréquence industrielle induit dans les câbles de télécommunications peut dégrader la qualité des signaux des câbles.
Les interférences électromagnétiques entraînées par des lignes de transmission et de distribution d'électricité dans des dispositifs métalliques avoisinants tels que des oléoducs, des gazoducs, des canalisations d'eau, des voies ferrées et des câbles de télécommunication ont beaucoup augmenté au cours des dernières années. Elles sont causées par l'importante augmentation des niveaux de courant de charge et de court-circuit, eux-mêmes entraînés par la croissance de la demande en énergie. Cette augmentation est également entraînée par des exigences environnementales récentes qui imposent à plusieurs dispositifs l'obligation de partager des couloirs afin de minimiser leurs répercussions sur la faune et d'autres menaces à la nature du même acabit.
La cause et l'effet des interférences de CA qui circulent entre les lignes électriques et les dispositifs adjacents sont bien compris alors que les codes et normes qui s'y rapportent sont bien documentés. Plusieurs méthodes et outils logiciels ont été développés afin d'analyser et de calculer les niveaux d'interférences de CA. De nombreuses techniques d'atténuation ont été largement mises en œuvre afin de réduire les niveaux d'interférences de CA à des limites sécuritaires. Ce document présente les méthodes et les étapes essentielles à suivre pour effectuer une étude sur ces interférences.
Les objectifs et les tâches associés à une étude classique sur les interférences électriques qui se produisent dans au moins une ligne exposée en raison de sa proximité par rapport aux lignes de transmission existant dans le même couloir sont décrits ci-dessous.
Objectifs
Les objectifs principaux d'une étude sur les interférences sont :
Tâches du projet
Les tâches d'une étude sur la conception de mesures d'atténuation pour les interférences sont :
Configuration du projet
Prélèvement et évaluation de données : présentez une description détaillée des données nécessaires à l'étude dès que vous pouvez effectuer les travaux.
Sélection d'un site pour les mesures de la résistivité du sol
Formation sur le terrain du groupe responsable des mesures de la résistivité du sol et préparatifs connexes (si nécessaire) : l'équipe des mesures doit comprendre parfaitement les procédures à suivre afin d'obtenir les bons résultats et régler les problèmes qui pourraient se produire. Elle doit utiliser des équipements spécialisés pour filtrer le bruit de 50/60 Hz qui circule dans la terre ou qui est induit dans les fils de connexion par le champ magnétique entourant la ligne électrique de CA. Elle doit également minimiser le couplage entre fils de mesures et entre différentes pièces d'équipements. Elle doit également éviter l'influence de conducteurs dénudés enterrés, ce qui exige des équipements d'essai appropriés, des techniques de mesure appropriées et une surveillance constante des résultats pour y déceler des anomalies afin que des mesures correctives puissent être appliquées.
Mesures de résistivité du sol (par le groupe formé ou l'équipe qualifiée)
Soutien par téléphone ou par télécopieur de l'équipe responsable des mesures de la résistivité du sol : ceci sera particulièrement important lors des premiers jours suivant la formation, pendant lesquels les membres de l'équipe pourraient avoir des questions à poser. Lors de cette période, les résultats devraient également être surveillés de près pour que les problèmes potentiels puissent être repérés.
Interprétation des mesures de la résistivité du sol
Il est primordial que les mesures de la résistivité du sol se forment en structures de sols à plusieurs couches afin que les interférences conductives provenant des prises de terre des structures de lignes de transmission ou des postes électriques proches en défaut puissent être proprement calculées pour que les systèmes de mise à la terre et d'atténuation du contrôle du gradient nécessaires soient conçus de façon sécuritaire et rentable.
Modèle informatique
Un modèle détaillé composé de lignes électriques, de pipelines, de voies ferrées, de lignes de télécommunication, d'établissements (centrales électriques, postes électriques) et de systèmes de mise à la terre (anodes sacrificielles, mise à la terre de pylônes ou de poteaux) associés devrait être créé afin de tenir compte des interactions entre toutes ces entités lors de la sélection des niveaux d'interférences inductives et conductives circulant dans les canalisations exposées. Il est important d'y inclure des fils de garde aériens, des conducteurs de neutre et d'autres lignes ou conducteurs métalliques avoisinants qui ne sont pas expressément à l'étude ainsi que des ancres de fils de hauban connectés à des fils de garde aériens.
Simulations de charges
Lors de conditions de charge de lignes électriques, les interférences électromagnétiques constituent essentiellement toutes les interférences présentes une fois que la canalisation exposée est construite : les potentiels des canalisations exposées (qui entraînent des tensions de contact et de pas et possiblement d'autres tensions de contrainte des équipements) représentent le souci principal. Dans l'étude des conditions de charge, il est important de tenir compte de possibles déséquilibres de phases. L'influence de courants harmoniques importants lors de conditions de régime permanent devrait être analysée, si possible.
Simulations de défauts
Lors de conditions de défaut, les niveaux d'interférences conductives (par la terre), capacitives et inductives doivent être combinées afin de calculer les potentiels de canalisations exposées, les tensions transférées et les tensions de contact et de pas. Des défauts devraient être simulés à des intervalles représentatifs tout au long du couloir à utilisation conjointe (préférablement à chaque structure de ligne de transmission, si possible) et des courants injectés dans la terre par les structures de lignes de transmission devraient être adéquatement pris en considération. Les tensions de contact et de pas aux emplacements représentatifs situés partout le long du couloir devraient être calculés.
Modèles de centrales électriques et de postes électriques
La modélisation d'un modèle simplifié des systèmes de mise à la terre d'une centrale électrique ou d'un poste électrique situé près des canalisations exposées à l'étude pourrait s'avérer nécessaire afin d'évaluer le niveau de tension transférée par la terre lors de conditions de défaut. Des centrales électriques connectées directement aux canalisations exposées à l'étude doivent également être modélisées.
Conception de mesures d'atténuation : câbles de contrôle du gradient de pontentiel
Cette étape détermine la portée nécessaire des câbles de contrôle du gradient de potentiel quant au nombre de zones le long de la section exposée. Les caractéristiques particulières des éléments de câbles d'atténuation dans chaque zone devraient être déterminées en fonction du modèle de sol multicouche local et des niveaux d'interférences (ex. : le nombre de câbles nécessaires et le déplacement ou le retrait de conducteurs de contrepoids associés à la mise à la terre de structures de lignes de transmission).
Grilles de contrôle du gradient de potentiel pour des accessoires de canalisation exposés
Si nécessaire, des systèmes de mise à la terre devraient être conçus pour des accessoires de canalisation exposés où les tensions de contact et de pas demeurent excessives lorsque des câbles de contrôle du gradient de potentiel sont ajoutés.
Rapport final
Un rapport final détaillé devrait être présenté lorsque l'étude est complétée. Les éléments principaux à inclure sont :
Questions fréquemment posées
Combien de temps sera nécessaire pour obtenir les données sur la résistivité du sol pour l'ensemble des 500 km du pipeline et pour acquérir d'autres données sur le terrain?
De plus, a-t-il été mentionné que les mesures devraient être effectuées à des espacements d'au moins 100 mètres ou ai-je mal compris? Le pipeline sera parallèle aux lignes de transmission de 200 kV et de 400 kV et les croisera sur une distance considérable. Il croise également plusieurs autres pipelines qui se trouvent à proximité des lignes électriques.
Le temps nécessaire pour mesurer les données nécessaires sur la résistivité du sol le long du pipeline entier dépendra de nombreux facteurs, y compris le nombre d'heures de clarté lors du processus de mesure, la facilité d'accès au site, les conditions météorologiques et le terrain. Une équipe de deux personnes a complété deux sites de mesure par jour, où chaque site exige environ 15 mesures à des espacements d'électrode de Wenner allant de 0,5 à 100 mètres (entre des électrodes adjacentes). Les sites sélectionnés sont ceux où des niveaux particulièrement élevés d'interférences sont prévus, où des accessoires de canalisation exposés se trouvent et à des intervalles d'environ 2 km au sein des zones d'interférences et près de celles-ci et où l'espacement réel nécessaire dépend du degré d'uniformité de la structure du sol le long du trajet du pipeline.
Faites preuve de prudence lorsque vous sélectionnez l'équipement de mesure de la résistivité du sol et les emplacements exacts de profils de mesures et lorsque vous prenez les mesures afin d'obtenir des résultats satisfaisants. SES peut offrir de l'aide à cet égard. Aucune autre donnée prise sur le terrain n'est obligatoire, pourvu que les schémas et les données fournies par les entreprises gazières et d'électricité soient complets et exacts. La tâche d'obtenir les données ne devrait toutefois pas être sous-estimée, car celles-ci sont souvent incomplètes ou vagues, ce qui exige davantage de questionnements ou même des vérifications sur le champ. Les mesures de résistivité du sol sont prises pour un éventail important de profondeurs, car les tensions transférées vers l'emplacement du pipeline par des pylônes ou des poteaux de lignes de transmission en défaut pourraient être fortement influencées par les résistivités de sols plus profondes : comme nos publications techniques le soulignent, la création de couches de sol peut entraîner des différences d'ordre de grandeur dans les niveaux d'interférences conductives et dans le rendement de l'atténuation. Ces données permettent de modéliser avec précision et, à terme, de concevoir des mesures d'atténuation rentables.
Outils informatiques
SES recommande le progiciel CDEGS pour analyser et concevoir des tâches associées à une étude sur les interférences de CA. Cliquez ici pour accéder à l'arbre de décision.
Veuillez noter qu'ECCAPP, un logiciel consacré aux études sur les interférences de CA et développé par SES pour EPRI et A.G.A/PRC, s'inspire de versions antérieures des modules d'ingénierie MALZ, TRALIN et SPLITS (versions de 1985). Actuellement, il ne peut modéliser que des sols homogènes, une limite importante pour l'étude des interférences conductives dans des sols non homogènes (des erreurs d'ordre de grandeur peuvent ainsi se produire).
Plusieurs autres logiciels présentement utilisés par certains consultants s'inspirent également d'hypothèses sur le sol uniforme. Évitez les logiciels présentant de telles limites.