Effets de la capacitance élevée dans les lignes de transmission : avantages et inconvénients
La capacitance de ligne de transmission (C) — la capacitance shunt à la terre entre conducteurs — est un paramètre distribué. Une **capacitance élevée** (lignes longues, haute tension, conducteurs groupés, câbles souterrains) crée un compromis complexe.
Effets positifs (Bénéfiques)
1. Génération de puissance réactive (Atténuation de l'effet Ferranti / Soutien de tension)
Les condensateurs génèrent des **VAr** : QC = V² × ωC.
• Compense la charge réactive inductive (moteurs, transformateurs).
• Améliore le profil de tension le long de la ligne (réduit la chute de tension).
• Augmente la capacité de **charge d'impédance de surtension (SIL)**.
2. Stabilité transitoire améliorée
• Ralentit le taux de variation de tension (dV/dt) lors des manœuvres/surtensions.
• Réduit les surtensions de crête (ondes progressives).
• Apporte de la « rigidité » à la forme d'onde de tension.
3. Pertes de ligne réduites (à charge optimale)
• Près de la SIL (P = V² / Zc), VAr capacitifs ≈ VAr inductifs → Flux réactif net ≈ 0.
• Minimise les pertes I²R. Facteur de puissance unitaire aux extrémités de la ligne.
Effets négatifs (Détrimentaux)
1. Courant de charge (Vide / Charge légère)
IC = V × ωC (90° en avance).
• **Systèmes câblés :** C très élevée (10-20× lignes aériennes). Le courant de charge peut dépasser le débit thermique — **Limite la longueur maximale du câble** (ex: ~50-80 km pour XLPE 132 kV).
• **Lignes aériennes :** Significatif sur >300 km. Nécessite des **réactances shunt** pour compenser.
2. Hausse de tension à charge légère (Effet Ferranti)
Vréception = Venvoi / cos(βl) ≈ Vs (1 + ½ ω²LC l²).
• Tension côté réception > côté envoi. Peut dépasser les limites d'isolement / ratings équipements.
• Nécessite réactances shunt (commutables) ou SVC/STATCOM.
3. Contribution accrue au courant de court-circuit
La décharge du condensateur s'ajoute au courant de défaut (sous-cycle). Affecte le devoir d'interruption du disjoncteur.
4. Risque de résonance
C de la ligne + L du système (transformateurs, réactances) → Résonance parallèle/série.
• Amplifie les harmoniques (ex: 3ème, 5ème des convertisseurs).
• Nécessite désaccord / résistances d'amortissement.
5. Complexité de la protection
- Relais d'impédance (Distance) : La réactance capacitive décale l'impédance apparente → **Suratteinte / Sous-atteinte**.
- Éléments directionnels : Le courant de charge affecte la polarisation.
Stratégies de compensation
| Dispositif | Fonction | Application |
|---|---|---|
| Réactance shunt (Fixe/Commutable) | Absorbe les VAr capacitifs | Lignes aériennes longues, bouts de câbles, postes |
| SVC / STATCOM (FACTS) | Contrôle dynamique des VAr | Stabilité de tension, flicker, soutien transitoire |
| Condensateur série | Annule l'inductance de la ligne (XL) | Lignes longues (augmente Pmax), mais ajoute risque de résonance sous-synchrone (SSR) |
| Réactance shunt commandée (CSR) | Variable en continu | Câbles HT modernes, raccordement parcs éoliens |
Choix de conception
**Lignes aériennes (OHL) :** Capacitance modérée. Gestion par réactances aux extrémités.
**Câbles souterrains/sous-marins :** Capacitance très élevée. **Longueur limitée par le courant de charge.** HVDC préféré >50-80 km (pas de courant de charge capacitif en régime permanent).