Essais & Simulations n°108

Compatibilité

Compatibilité électromagnétique b - Influence de l’implantation d’une seconde patte d’oie. La norme CEI 62305-3 [2], traitant de la protection des structures et des personnes contre la foudre, préconise l’installation d’un minimum de deux électrodes supplémentaires dans le cas où la surface du réseau de terre préconisée ne peut être respectée. Afin de déterminer l’influence de l’implantation d’une seconde patte d’oie dans la ceinture de terre du pylône, nous avons utilisé la configuration de base, à laquelle on a rajouté une deuxième patte d’oie, identique à la première, située dans l’angle opposé selon la Figure 7. Figure 7- Implantation de la deuxième patte d’oie Les résultats obtenus dans cette configuration permettent de mettre en évidence une amélioration du pouvoir de dissipation du réseau de terre du pylône (P pyl’ ), qui peut atteindre 25%. Néanmoins, ceci n’entraine pas une diminution du courant induit sur les adductions, dont les résultats sont reportés sur la Figure 8. c - Influence de la densification de l’interconnexion des réseaux de terre. L’étude complète de la structure montre une circulation importante de courant sur le chemin de câble reliant le bâtiment au pylône, ceci a pour conséquence une augmentation de courant sur les armatures métalliques du bâtiment. Ce courant est à l’origine du champ rayonné à l’intérieur du bâtiment qui peut engendrer des dysfonctionnements. L’étude de la répartition du courant lors de l’implantation de deux conducteurs supplémentaires entre le bâtiment et le pylône selon le schéma de la Figure 9 est également effectuée. Le rôle de ces conducteurs étant de favoriser une circulation de courant entre les réseaux de terre afin de diminuer le courant circulant sur le bâtiment. Figure 9 - Implantation des conducteurs d’ interconnexions Il a été vu précédemment que le courant circulant dans le bâtiment est principalement dû au courant circulant sur chemin de câble. Les résultats obtenus dans le cas d’une ou 3 interconnexions sont représentés sur la Figure 10 et montrent une diminution de 38 % du courant induit sur le bâtiment par le chemin de câble. Figure 11 - Courant sur l’interconnexion des réseaux de terre pour deux types d’interconnexions L’amélioration de la circulation du courant entre les réseaux de terre par l’ajout de connexions permet : - Une diminution du courant de foudre circulant dans les armatures du bâtiment. - Une diminution du champ rayonné au sein du bâtiment. Cependant, cela n’entraine pas de diminution du courant induit sur les adductions. d - Influence de la densification du réseau de terre. De manière pratique, il existe différentes façons d’effectuer la mise à la terre d’une infrastructure. Par exemple, l’utilisation de piquets est généralement utilisée pour les installations domestiques, les ceintures de terre sont particulièrement adaptées pour la réfection de mise à la terre, ou encore l’utilisation de grilles. Les deux derniers dispositifs étant installés sous le bâtiment selon la Figure 12. Figure 8 - Courant conduit sur les adductions Ceci s’explique par le fait que, malgré l’implantation d’un seconde patte d’oie, la circulation des courants entre le pylône et le bâtiment s’effectue principalement par le chemin de câble et ils ne peuvent donc pas être dissipés par le réseau de terre du pylône. Figure 10 - Courant sur le chemin de câble pour deux types d’interconnexions Le courant ne pouvant être dissipé par le réseau de terre du pylône est conduit vers le réseau de terre du bâtiment par l’intermédiaire des différents brins de connexion dont la somme est représentée sur la Figure 11. Il est à noter une augmentation du courant circulant sur les interconnexions en fonction de l’augmentation du nombre de connexions. Néanmoins cela n’influence pas le pouvoir de dissipation P pyl’ du réseau de terre du pylône qui reste identique dans les deux cas et proche de 18%. Figure 12 - Schéma ’un réseau de terre de type ceinture ou grille sous un bâtiment Les valeurs du courant circulant sur les adductions, obtenues pour ces deux configurations, sont quasi-similaires (Figure 13). Figure 13 - Courant sur les adductions pour différentes configurations de réseau de terre E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OV E M B R E , D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 2 1

Compatibilité électromagnétique Ces résultats montrent que l’implantation d’une grille reliée en périphérie à un bâtiment, apporte un gain qui est resté négligeable face à l’utilisation d’une ceinture en fond de fouille. Néanmoins, ces résultats ne sont valables que dans le cas d’une connexion périphérique du réseau de terre au bâtiment, car de précédents travaux [3] [4] ont montré l’importance de la position des points d’interconnexion. III. Protection des adductions par conducteurs écrans : optimisation Les stations de bases étant connectées au réseau filaire de télécommunications, il est important de diminuer au maximum le courant circulant sur les câbles d’adduction du site. Pour cela, l’utilisation de conducteurs écrans placés au dessus du câble de télécommunications est couramment utilisée. Néanmoins l’installation de tels dispositifs étant basée sur des résultats empiriques, nous proposons une méthode permettant d’optimiser l’implantation de ce type de protection, afin de réduire les coûts d’installation. Afin de limiter les temps de calcul, on a utilisé un code de calcul basé sur la théorie des lignes de transmission multifilaires associée à une approche topologique [5]. L’optimisation consiste à déterminer la longueur de conducteur écran nécessaire afin d’obtenir le maximum de courant sur le conducteur de protection, installé selon les figures 14 à 16. Sur ces figures, E représente le courant induit sur les adductions, en sortie du bâtiment. Figure 14 - Schéma de principe pour 1 conducteur Figure 15 - Schéma de principe pour 2 conducteurs Figure 16 - Schéma de principe pour 3 conducteurs Les différentes simulations effectuées ont permis d’obtenir les valeurs des courants induits sur les divers conducteurs, et notamment sur le ou les conducteurs de protection, en fonction de leurs longueurs et de la résistivité du sol, tels que présentés sur les Figures 17 à 19. - Pour 1 conducteur de protection Figure 17 : Rapport I conducteur de protection / I source pour différentes valeurs de résistivités du sol - Pour 2 conducteurs de protection Figure 18 : Rapport I conducteur de protection équivalent / I source pour différentes valeurs de résistivités - Pour 3 conducteurs de protection Figure 19 : Rapport I conducteur de protection / I source pour différentes valeurs de résistivités L’exploitation de ces courbes nous a permis d’établir des règles simples permettant d’obtenir le minimum de courant sur le câble de télécommunications en installant un conducteur écran de longueur minimale « G » : Notons que cette grandeur optimale est une distance permettant d’obtenir un compromis entre la longueur des conducteurs de protection et leur efficacité d’écoulement. En effet, lorsque la configuration du site le permet, le choix d’une longueur L plus importante ne sera que plus bénéfique. Dans les cas où une telle distance L optimale ne peut être respectée, il conviendra alors d’utiliser une autre architecture de protection. Dans le cadre d’une desserte comprenant plusieurs câbles de télécommunications, il convient d’appliquer cette méthode de protection sur chacun d’eux. IV . Conclusion Dans cet article nous nous sommes intéressés aux courants réinjectés sur les réseaux d’adduction desservant un bâtiment impacté directement par la foudre. Cela nous a permis d’établir une cartographie de la répartition des courants sur la structure modélisée et de leur évolution en fonction de plusieurs paramètres physiques. Enfin, l’étude des courants générés sur une desserte aéro-souterraine protégée par conducteurs de protection lors d’un impact direct a également été réalisée. Les résultats obtenus ont permis de quantifier l’efficacité de la protection des câbles enterrés assurée au moyen de dispositifs constitués de fils ● Y. Bourgeois (1) , A. Zeddam (2) , A. Reineix (3) Références [1] C. Guiffaut, A. Reineix. Résolution de problèmes de Compatibilité Electromagnétique par des méthodes temporelles 3D. CANUM 2006. 2006. [2] CEI: Dommages physiques sur les structures et risques humains. Norme. CEI- 62305-3.2006. [3] J. Ribeiro, Y . Bourgeois, R.Tarafi, A. Zeddam, P. Bonnet Modélisation du couplage entre une décharge atmosphérique et un réseau de télécommunications lors d’un impact direct. Saint Malo : CEM 2006. 2006. [4] J. Ribeiro Étude des risques de défaillance d’un réseau de télécommunications soumis aux effets directs et indirects de la foudre. Thèse de l’université de Clermont-Ferrand. 2005. [5] K. Kerroum, F.Paladian, J. Fontain, M. Vautier,A. Zeddam, Approche globale du couplage d’une onde EM avec un système de câbles multifilaires, Toulouse, CEM94, pages 247-252, 1994. (1) : Nexio, 16 rue Troyon 92316 Sèvres, yannick.bourgeois@nexio.fr (2) : Orange Labs, 3 Rue Pierre Marzin 22307 Lannion, ahmed.zeddam@orange-ftgroup.com (3) : Xlim,123 Rue Albert Thomas 87100 Limoges, alain.reineix@xlim.fr E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 2 2