Natiire des appuis. — Les appuis destinés à la
construction des lignes aériennes peuvent être rangés en Iroîs catégories :
1** Appuis entièrement métalliques ;
2° Appuis entièrement en bois ;
3° Appuis partie en bois, partie en métal.
Cette dernière catégorie d'appuis présente Tavantage d'être •très solide au point de vue mécanique et. de posséder une partie isolante; mais, en pratique, ces appuis n'ont point donné de trop bons résultats parce que, avec le temps, le point de jonction des deux parties constituantes perd beaucoup de sa solidité.
Quant à employer des appuis entièrement métalliques ou des appuis entièrement en bois, les techniciens ont des avis partagés sur ce point. Les uns donnent la préférence aux appuis métalliques à cause de leur plus grande durée, parce qu'ils sont moins exposés aux diverses causes de détérioration qui abrègent la durée des appuis en bois. Les autres, au contraire, préconisent l'emploi du bois, parce qu'ils attachent une grande importance à ce fait que, lorsqu'un conducteur vient à se détacher de l'isolaleur, le bois de l'appui assure partiellement un certain isolement*, tandis qu'avec les appuis métalliques on na pas la môme garantie; de plus, il y a à considérer l'économie sensible dans les frais de premier établissement que les appuis en bois permettent de réaliser. Lés raisons invoquées de part et d'autre sont excellentes, aussi le choix à faire doit-il être examiné dans chaque cas particulier en tenant compte de toutes les circonstances.
Lorsqu'on utilise des appuis métalliques, les pylônes en treillis sont à recommander, parce qu'ils sont relativement légers tout en présentant une résistance mécanique très grande. On les fixe dans le sol en entourant leur base d'un bloc de ciment. Les supports d'isolateur sont fixés à l'aide de vis ou mieux à l'aide de boulons sur la partie supérieure de l'appui ; on les fixe quelquefois sur des traverses en fer assujetties sur
1. Un poteau ordinaire de 8 à 10 mètres de hauteur présente, par temps humide, du sommet à sa base, une résistance ohmique de 2 000 éi 3 000 ohms.
Tappui à Taide de boulons. Ces dispositions varient d'après les dimensions de l'appui et suivant récartemen Ides conducteurs.
On a également essayé des appuis en ciment armé, mais il ne semble pas qu'ils puissent répondre aux exigences voulues, étant donné la nature des efforts auxquels ils sont soumis.
Le plus souvent, c'est aux poteaux en bois que Ton a recours pour établir les lignes. Ces poteaux sont toujours en bois résineux (sapin rouge, pin laricia, cèdre, etc.) que Ton injecte avec des liquides antiseptiques afin d'accroître leur durée. Les poteaux sont plantés directement dans le sol, en faisant un trou et en entourant la base du poteau de pierres et de terre que l'on tasse le plus possible. 11 est préférable d'entourer la base du poteau d'un bloc de ciment, car on prolonge ainsi la durée de Tappui.
Les dimensions des poteaux en bois ainsi que celles des appuis métalliques varient naturellement, suivant les cas, d'après le nombre et la section des conducteurs et d'après les conditions atmosphériques locales aux diverses époques de l'année.
Quand la ligne comporte plusieurs fils, ce qui est le cas le plus fréquent, l'appui porte à la partie supérieure des traverses en bois dur que l'on fixe avec des boulons rivés à chaud de préférence k des boulons à écrou, parce qu'il n'est pas rare que ces derniers ne se desserrent peu à peu sous l'action des vibrations auxquelles est soumis l'appui et aussi par suite du retrait que subit le bois pendant l'été. Ces traverses sont consolidées avec des jambes de force fixées à l'appui, autant que possible, avec des boulons rivés à chaud ; les supports d'isolateurs sont alors placés sur les traverses. Ces supports sont généralement en fer; toutefois, en Amérique, on fait usage de supports en bois très durs tels que le chêne rouge, l'eucalyptus, le caroubier.
Les appuis, quels qu'ils soient, doivent avoir une hauteur suffisante pour que le conducteur le plus bas, à haute tension, se trouve au moins à 6 mètres au-dessus du sol. Dans les traversées de routes, cette hauteur minimum doit être fortement augmentée ; en outre, sur tout le parcours au-dessus des
routes, on doit placer sous les conducteurs un filet à larges mailles en fil métallique relié soigneusement à la terre pour éviter tout accident en cas de rupture d'un des conducteurs.
Lorsque les appuis sont munis de traverses et que la ligne comporte une double canalisation, les conducteurs de Tune doivent être placés à droite de Tappui et les conducteurs de Tautre à gauche. Dans ces conditions, lorsqu'on a des réparations à effectuer, on peut mettre un seul circuit en charge, tandis que Ton met Tautre hors circuit pour pouvoir effectuer les réparations sans danger. Ces réparations peuvent encore être rendues moins dangereuses si, dans Taxe de Tappui, les deux circuits sont séparés par un écran en toile métallique parallèle aux conducteurs et s'étendant jusqu'à 1 mètre de chaque côté de Tappui. Toutefois, avant de commencer son travail, le monteur doit s'assurer que le circuit sur lequel il doit opérer est mis en communication avec la terre et il n'est pas superflu qu'il établisse lui-même une bonne communication avec le sol à l'endroit même où doit se faire la réparation. Cette précaution est indispensable parce que, môme en admettant que des contacts accidentels entre le circuit en charge et celui à réparer ne puissent se produire, les phénomènes d'induction du premier sur le second suffisent pour donner naissance à de fortes tensions.
Dans les transmissions d'énergie très importantes, on établit généralement deux lignes distinctes, chacune d'elles formant une canalisation complète. Les réparations sont alors toujours possibles, principalement aux heures de la journée où l'installation fonctionne à faible charge, car il suffit alors de transmettre l'énergie par une des lignes, tandis que lautro, sur laquelle on veut effectuer des réparations, est mise hors circuit. Mais, dans ces conditions, la chute de tension en ligne est plus considérable et il est nécessaire que les alternateurs puissent fournir le courant sous une tension plus élevée afin de compenser celte perte dans la ligne unique.
Toutes les fois que la chose est possible, il faut toujours placer les appuis en ligne droite ; leur écartement doit être
normalement de 40 à 60 mèires. Lorsqu'une ligne est installée dans la campagne, il faudrait souvent, pour conserver la ligne droite, placer les appuis sur des terrains dont on n'est pas propriétaire; dans ce cas, il est préférable de suivre les routes, parce que l'installation est plus économique et que, d'un autre côté, la ligne est plus facile à surveiller et, en cas de réparation, elle est également plus accessible.
Quelquefois un tracé s'éloignant un peu de la ligne droite permet d'éviter des points difficiles où l'installation serait relativement beaucoup plus coûteuse qu'en adoptant un tracé polygonal.
Si Ton veut éviter les brusques changements de niveau, les traversées de rivières et de gorges ou autres accidents de terrain et s'il n'en doit pas résulter une dépense trop élevée, il est préférable, lorsque le* cas se présente, d'allonger le parcours de la ligne pour éviter ces obstacles et obtenir ainsi une certaine uniformité dans les zones traversées; c'est qu'en effet une ligne traversant une zone où se produisent de fortes perturbations atmosphériques se trouve plus exposée qu'une autre aux coups de foudre. On reviendra plus loin sur ce sujet.
Dans tout projet d'établissement de ligne de transmission électrique d'énergie, on doit rechercher principalement à lui donner une grande solidité et une grande durée. De plus, elle doit ôtre facilement accessible parnïmporte quel temps ; une ligne dont tous les points ne sont pas facilement accessibles se trouve dans d'assez mauvaises conditions au point de vue delà régularité de son fonctionnement.
138. Isolateurs. — lîu général, les isolateurs doivent satisfaire à deux conditions essentielles : présenter une grande résistance d'isolementsuperficiel et une grande résistance d'isolement de masse.
La première de ces deux conditions est imposée par ce fait que le courant a tendance à passer du conducteur en charge, fixé sur la tôte de l'isolateur, au support métallique de ce dcr-
LIGNES DE TRANSMISSION. — SYSTÈMES DE DISTRIBUTION 41f
ùier que Ton peut admellre être au potentiel de la terre.
La seconde condition se justifie parce que, à cause de la dif* férence de potentiel existant enlre le conducteur et Textrémité de la tige supportant l'isolateur, il peut se produire un point de moindre résistance par où peut passer le courant.
Pour qu'un isolateur ail une résistance d'isolement superficiel suffisante, il suffit de donner à sa surface un développement assez grand pour que le courant, provenant du conducteur et tendant à aller vers le support métallique de Tisolatenr, ait à parcourir un trajet le plus long possible; c'est pourquoi on utilise des isolateurs à plusieurs cloches qui présentent l'avantage de protéger en partie de l'humidité Textrémité supérieure du support et d'éloigner cette dernière des bords de la cloche extérieure que la présence de poussières ou d'humidité peut rendre conductrice.
Un bon isolement de masse est facile à obtenir avec les isolateurs en verre, à la condition qu'ils ne présentent pas de fentes, ce dont il est du reste facile de s'assurer avant de les utiliser. Toutefois, l'isolateur en verre, qui est d'un prix peu élevé, a Tinconvénient d'être moins résistant, au point de vue mécanique, que l'isolateur en porcelaine de môme forme et de mêmes dimensions. Pour des lignes à tension moyenne, lorsqu'il n'est pas nécessaire d'employer des isolateurs de grandes dimensions, l'isolateur en verre peut ttrc avantageusement employé; mais, au delà de 15 000 à 20000 volts, il est indispensable d'avoir des isolateurs en porcelaine et cela à cause des motifs qui vont être exposés.
La surface extérieure d'un isolateur doit être parfaitement lisse afin que la poussière ne puisse s'y attacher que difficile^ ment et que le peu qui y adhère soit facilement enlevé par la pluie. Un bon isolateur en porcelaine a une surface qui résiste parfaitement à l'action des agents atmosphériques; il n'en est pas de môme pour les isolateurs en verre, surtout si leur composition chimique ne satisfait pas h certaines conditions, par exemple si le verre est fortement acide au lieu d'être basique comme l'est le v^rre à bouteilles. Sur une surface rugueuse, la
poussière adhère fortement et la résistance d'isolement super- Çciel peut baisser considérablement.
Pour qu'un isolateur en porcelaine ait une bonne résistance d'isolement de masse, il est indispensable que la cuisson soit effectuée à très haute température et que la porcelaine soit d'un grain très fin; la cassure doit être nette et brillante et la matière ne doit pas absorber d'humidité, ce que Ton peut facilement constater en laissant tomber une goutte d'encre sur cette cassure et en observant si elle s'étend plus ou moins. En outre, l'émail qui recouvre la porcelaine ne doit pas présenter la moindre gerçure.
Les isolateurs pour très hautes tensions doivent présenter un très grand isolement au point de vue des décharges statiques, de manière à empêcher la formation d'un arc entre la cloche extérieure et le support métallique de l'isolateur.
Pour s'assurer de la bonne qualité d'un isolateur, il faut le soumettre à des essais avec une tension au moÎDS deux fois plus grande que celle qu'il doit supporter normalement. Ces essais, qu'il n'est pas indispensable d'effectuer lorsque la tension ne dépasse pas 5000 à 6000 volts, sont utiles pour des tensions plus élevées et indispensables lorsque la tension normale de la ligue dépasse 15 OUO à 20000 volts.
On procède à Icssai des isolateurs en les plaçant dans une cuve métallique, la tête en bas et l'ouverture de la cloche en haut. On met de l'eau dans la cuve jusqu'à ce que le niveau arrive au moins à la moitié de la hauteur des isolateurs; cela fait, on établit entre la cuve et la partie intérieurede la cloche de l'isolaleur une diftérence de potentiel égale au moins au double de Ta tension normale h laquelle ils seront soumis. Généralement, on fait usage pour ces essais d'un transformateur dont une des bornes est reliée à la cuve métallique, tandis que l'autre est en communication avec un châssis métallique placé au-dessus de la cuve, d'où partent des conducteurs que l'on met en communication avec les ferrures des isolateurs, lorsqu'elles sont déjà scellées; dans Je cas où les isolateursne sont pas munis de leur support, on établit une bonne commu-
nication entre le châssis et les isolateurs à Taide de conducteurs plongeant dans la cloche que Ton a préalablement remplie d'eau, rendue conductrice avec un peu d'acide sulfuriqueou de carbonate de sodium. Lorsque Tessai est fait à une tension supérieure à 20000volis, dès le commencement on perçoit une forte odeur d'ozone et l'on entend un son caractéristique. Si un des isolateurs est défectueux, le son diminue de hauteur et devient plus grave et Ton entend ensuite un coup sec qui indique que l'isolateur a cédé. Aussitôt on voit Uisolateur défectueux rougir et, en même temps, le plomb du circuit à basse tension du transformateur fond. On retire l'isolateur défectueux de la cuve et l'on poursuit l'essai des autres au moins pendant une demî-heure. On ne doit conserver, pour être placés sur les appuis, que des isolateurs qui, après avoir subi cet essai, sont à la température ordinaire au moment où l'on interrompt le courant; on doit mettre de côté ceux qui, tout en ayant résisté à l'essai, présentent trace d'échauffement, ce qui est dû à des poussières métalliques emprisonnées dans l'émail.
11 peut arriver que des isolateurs ayant résisté aux essais soient néanmoins défectueux et qu'on les ait utilisés. Dans ce cas, il peut arriver qu'ils se brisent dès que la ligne est mise en charge ou bien il peut se produire aussi une dérivation à la terre par l'isolateur, la traverse et l'appui. Si ce dernier est en bois, il peut se carboniser lentement.
Avec des tensions supérieures à 20000 volts, l'essai fait reconnaître immédiatement les isolateurs défectueux, qui sont entourés d'une sorte de lueur, tandis que ceux qui sont bons ne présentent pas trace de ce phénomène.
Pour les lignes où la tension ne dépasse pas 10000 volts, on utilise des isolateurs à cloche plus ou moins cylindrique, ce qui facilite l'enlèvement des poussières par la pluie. Pour les hautes tensions, la forme en parapluie {/ig. 239) convient mieux parce que la distance qui sépare l'extrémité supérieure du support des bords de la cloche extérieure est plus grande et que l'isolateur protège partiellement la tige qui le supporte de l'humidité et de l'accumulation de la neige. Pour assurer une
414 lA TECIÏNIQUK DKS COURANTS AI.TERNATIFS
meilleure protection de la tige, on Tentoure parfois d'une gaine en porcelaine {fig. 240) que Ton enfile sur le support en fer ou en bois avant de fixer Tisolateur.
AtSihà
Fio. 239.
Fig. 240.
Les isolateurs à cloches multiples ayant un grand développement dans le sens de la hauteur ne sont plus guère employés actuellement, parce que des pièces aussi grosses ne peuvent
être que très difficilement cuites d'une façon uniforme, ce qui est indispensable pour obtenir une bonne résistance d'isolement de masse. A ce sujet, il convient de mentionner Tidée émise par M. Locke, de New-Yor^îdée bien accueillie par les techniciens et qui a été aussitôt appliquée, de constituer l'isolateur en plusieurs pièces d'épaisseur presque uniforme, cuites séparément et puis réunies à chaud à Taide d'un émail spécial. La figure 241 donne la coupe d'un de ces isolateurs, sur laquelle on voit également le manchon de porcelaine servant à protéger la tige.
Grâce à ce procédé de fabrication, un isolateur du poids de 2 kg environ, de 175mm de diamètre, d'une hauteur ne dépassant pas 110 mm, peut être employé avec des tensions allant jusqu'à 40 000 volts. Dans l'installation de Paderno, les isola-
FiG. 241.
teurs que ron vientd'employersont à cloches multiples {fig. 242) et en deux» pièces, coites séparément et réunies ensuite à laide d'un mastic composé de glycérine et de minium.
La ligne établie entre Colgale et Oakiand par la Standart Eiectric C en Californie, la plus hardie de toutes celles qui existent actuellement, tant par sa longueur (240 kilomètres) que par la tension adoptée (de 40000 à 60 000 volts), est
Fio. 242.
montée sur des isolateurs du type que représente la figure 243; ces isolateurs ont été fabriqués par la maison Locke.
La tête, en porcelaine, a un grand diamètre (environ 27 cm) et porte sur lesbordsdesa circonférence une sorte de gouttière dans laquelle est recueillie Teau de pluie; deux becs disposés dans le plan du conducteur permettent à Tcau de s'écouler, en dehors de la traverse sur laquelle est fixé l'isolateur. La partie inférieure de l'isolateur, très allongée, est en verre ou en porcelaine et est soudée à chaud à la partie supérieure à Taide d'un émail. La tige en acier a sa partie inférieure entourée d'un manchon en porcelaine de forme conique et porte à sa partie supérieure une pièce filetée, en bois paraffiné, qui pénètre dans l'isolateur.
11 résulte d'expériences qui ont été faites que les isolateurs de ce type présentent, au point de vue •statique, u»e résistance d'isolement bien supérieure à celle des isolateurs à cloches multiples. .Cet isolateur « Victor» [fig. 243), indépendamment de cette qualité, a aussi une très grande résistance .d'isolement superficiel parce que sa partie centrale, de diamètre relativement faible par rapport au développement de la partie supérieure, a une forme géométrique très oblongue.
Pour les très hautes tensions, il est préférable d'employer des tiges d'isolateur dont la partie supérieure est en bois dur, comme dans les isolateurs utilisés sur la ligne de Colgate. Le bois, pourvu qu'il soit résistant et élastique, fatigue moins l'isolateur et, de plus, fait baisser la capacité de la ligne, tous les corps bons conducteurs voisins des fils de ligne constituant la seconde armature d'une sorte de condensateur.
139. Effets dus à l'inductance et à la capacité des lignes. — On sait qu'un conducteur quelconque parcouru par , un courant électrique donne lieu à la production d'un cliamp magnétique; lorsque ce conducteur est rectiligne et de section circulaire, les lignes de force sont circulaires et concentriques au conducteur.
Dans le cas d'un courant constant et en admettant qu'il se distribue uniformément dans le conducteur, on démontre que l'intensité du champ magnétique k l'intérieur du conducteur est nulle en son centre, qu'elle croît graduellement jusqu'à la surface où elle atteint son maximum, pour diminuer ensuite progressivement à mesure que l'on s'éloigne du conducteur. On peut représenter les variations d'intensité du champ magnétique à l'intérieur et à l'extérieur du conducteur par la densité plus ou moins grande des lignes de force et l'on a alors la distribution que montre la figure 244.
Si le courant vient à cesser, le champ magnétique disparait et l'on peut supposer, pourexpliquer clairement le phénomène, que les lignes de force sont comme absorbées par le conducteur et que, en se resserrant, elles viennent toutes dispa-
raître en son centre. Par suite de ces variations du champ magnétique, il doit se produire un phénomène d'induction. Si, dans le voisinage du conducteur considéré, il s'en trouve un
second placé parallèlement et dont Taxe soit, par exemple, en c, ce dernier coupe toutes les lignes de force qui sont au delà de lui lorsque le tourant cesse de circuler dans le premier conducteur, puisqu'on a admis que
ces lignes de force se
dirigent
FiG. 244.
alors vers le centre de^ce derniec; par conséquent, il doit se produire dans le second conducteur une force électromotrice induite dont la valeur est proportionnelle au nombre de lignes de force qu'il coupe.
Ce qui se produit pour un conducteur c se produit également pour tous les éléments filiformes en lesquels on peut décomposer mentalement le conducteur principal et une force électromotrice de môme valeur est induile dans tous les éléments qui se trouvent à égale distance du centre. Ainsi une force éloctromotrice de valeur déterminée est induite dans tous les éléments filiformes qui se trouvent à la surface du conducteur, chacun d'eux coupant toutes les lignes de force venant de l'extérieur au moment où elles sont absorbées. Pour tous les éléments filiformes se trouvant sur la circonférence de rayon p, la valeur de la force électromotrice est plus grande encore, parce que, lors de l'absorption des lignes de force, ces éléments coupent toutes celles qui viennent de l'extérieur plus les lignes de force intérieures qui sont comprises entre les rayons r et p. En considérant les éléments qui sont encore plus près du centre du conducteur, on voit que la force électromotrice induite doit avoir une valeur toujours plus grande; c'est pourquoi l'élément filiforme qui est au centre est le siège d'une force électromotrice induite maximum. Après avoir examiné ce qui se produit dans un conducteur
dans lequel circule un courant continu au moment où ce courant vient à être interrompu, il faut considérer maintenant le cas de ce conducteur parcouru par un courant alternatif. Alors, sous l'action du champ magnétique alternatif qui se produit, il se développe dans le conducteur une force électromotrice de self-induction alternative, mais d'amplrtude variable, maximum au centre, minimum à la périphérie. Pratiquement, on prend comme valeur de la force électromotrice de self-induction dans le conducteur la moyenne de ces deux valeurs.
Par le môme raisonnement, on doit admettre qu'il se développe une force électromotrice d'induction mutuelle dans le conducteur c que Ton suppose pour le moment n'être parcouru par aucun courant.
Il résulte de ces considérations que le courant alternatif ne peut plus se distribuer uniformément dans le conducteur, parce que, les forces électromotrices de self-induction n'étant pas égales dans les divers points de sa section, le courant se porte de préférence vers la zone du conducteur où ces forces dlectromotrices de self-induction sont plus faibles, c'est-à-dire vers les couches superficielles. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet Kelvin.
Il s'ensuit que dans un conducteur de forte section, parcouru par un courant alternatif, la densité du courant n'est pas uniforme; dans la partie centrale, moins intéressée dans la transmission, la densité du courant est presque nulle, tandis que vers la périphérie passe la presque totalité du courant.
C'est pourquoi l'on dit que la résistance ohmique que présente un conducteur à la circulation d'un courant alternatif est plus grande que celle qu'il présente à. la circulation d'un courant continu et, comme on le sait(§ 32), ce phénomène est d'autant plus accentué que la fréquence du courant est plus grande.
Si le conducteur est en métal magnétique, en fer par exemple, le champ magnétique produit par le courant est bien plus intense, car la perméabilité du fer accroît le flux et les réactions produites sont alors plus accentuées.
Dans le cas où les conducteurs sont en cuivre, qui est le métal le plus généralement employé, on n'a pas à tenir compte ordinairement de cette augmentation de résistance parce que, avec un fil de 16 mm de diamètre et une fréquence égale à 50 périodes par seconde, Taugmentation de résistance n'est que de 1 0/0; mais il faut en tenir compte dans les cas où les conducteurs sont parcourus par des courants dont Tintensilé atteint des centaines ou des milliers d^ampères, comme c'est le cas dans les applications électrothermiques. On doit alors employer dé préférence des conducteurs ayant, pour uje section donnée, la surface maximum; c'est pourquoi ou utilise des lames de cuivre minces de section rectangulaire plutôt que des conducteurs massifs cylindriques.
Si les effets dus h celte augmentation apparente de résistance sont négligeables dans les conducteurs d'une ligne de transmission d'énergie, on ne peut en dire autant des effets dus aux forces électromotrices de self-induction dans un conducteur et d'induction mutuelle dans les conducteurs voisins, en ce qui concerne la tension qui doit être de valeur suffisante pour compenser ces effets, tension qui doit être produite au départ.
En ce qui concerne l'induction mutuelle, les effets produits sont évidemment d autant moins sensibles que les conducteurs sont plus éloignés les uns des autres, mais il n'en est pas de môme des effets dus à la self-induction. Soit, par exemple, une longue ligne de transmission à courant alternatif simple (fig. 245). A tout moment, les courants dans les deux conducteurs sont d'égale intensité et de sens opposé ; dans l'espace compris entre les deux conducteurs, les lignes de force produites par le passage des courants ont la même direction et tout le circuit est entouré par un flux de valeur déterminée. Puisque les courants sont alternatifs, les variations de flux induisent dans le circuit une force électromotrico de self-induction décalée en retard de 1/4 de période par rapport à l'inten-
Fio. 243.
site du courant. Cette force contre-électroniotrice a une valeur d'autant plus grande que la valeur efficace de Tintensité est plus élevée, que la ligne a une plus grande longueur et que les conducteurs sont plus éloigqés les uns des autres. Cette dernière condition s'explique par ce fait que, si les conducteuES étaient plus rapprochés, le flux embrassé serait négligeable, tandis que, s'ils sont suffisamment éloignés, le flux embrassé est presque le double de celui agissant sur un seul fil et, par suite, atteint sa valeur maximum. Donc, pour avoir un circuit présentant le moins d'inductance possible, toutes autres choses égales d'aîlleurs, il suffit de placer les conducteurs aussi près que possible les uns des autres. En pratique, il est nécessaire et jnême indispensable de les écarter ^suffisamment pour éviter que, sous Faction du vent, les conducteurs, dans leurs mouveipents, ne viennent à se toucher, produisant alors des courts circuits.
Toutefois, à partir d'un certain écurtement, on peut dire que Finductance reste à peu près constante; c'est pourquoi, quelle que soit la valeur de cet écartement, une {)artie seulement des lignes de force vient s'e fermer dans la surface limitée par les axes (Jes conducteurs; en écartant les conducteurs, on augmente toujours le flux compris dans l'espace qui les sépare. Mais comme, d'autre part, la "densité des lignes de force autour de chaque conducteur décroît très rapidement k mesure qu'ils s'éloignent l'un de l'autre, il en résulte que l'augmentation de flux ainsi obtenue par l'éloignement des conducteurs diminue progressivement jusqu'à devenir pratiquement négligeable quand cet écartemont a atteint une iîertaine valeur.
Lorsqu'il s'agit de très hautes tensions, l'écartement des fils doit être grand, h cause des pertes se produisant entre les conducteurs. Dans la pratique, l'écartement minimum est de 50 centimètres et Técartement maximum de 1 mètre.
Lorsque les courants à transmettre ont une grande intensité, au lieu d'employer des câbles ou des fils d'un diamètre supérieur à 8 ou 9 millimètres, il est préférable d'employer plusieurs conducteurs de moindre section. En plaçant ces conduc-
teurs sur les appuis, il faut les disposer pour que les effets d'induction soient presque égaux sur chacun d'eux, afin d'éviter' la production de courants parasites entre les fils constituant ' un même conducteur et qui sont tous parallèles entre eux. ' Ainsi, par exemple, dans Tinstallation que montre la figure 246, les conducteurs a et 6 ou les conducteurs c et d sont.soumis.. à des phérfomènes d'induction de diverses grandeurs; dans les circuits fermés que forment ces conducteurs, des courants parasites prennent naissance, courants dus à la résultante des
' forces électromotrices agissant sur eux ; ces courants donnent lieu à des pertes supplémentaires par effet Joule.
Pour une ligne de transmission à courants triphasés, on obtient le meilleur résultat, c'est-à-dire que chaque conducteur se trouve, au point de vue de Tinduction, dans des conditions identiques par rapport aux autres, en plaçant tous les fils
- à égale distance sur le tracé d'une circonférence afin que les conducteurs soient disposés aux sommets d'un polygone régulier.
Lorsque la ligne comporte beaucoup de fils, celte disposition n'est pas pratiquement réalisable. Dans ce cas, la disposition qui, après celle du polygone régulier, donne la moindre diffé- ' rence entré les fils constituant une môme branche, est celle • dans laquelle ces fils sont voisins. La figure 247 montre comment sont disposés les conducteurs sur la ligne de Paderno à Milan; les fils appartenant à la môme branche du système triphasé portent le môme numéro.
La'ligne de Paderno comporte une double rangée d'appuis, ce qui permet d'effectuer facilement les réparations sur l'une des lignes en transmettant la totalité de la charge par l'autre. Dans les installations ne comportant qu'une seule rangée d'appuis avec deux séries, de conducteurs, si l'on veut rendre les réparations faciles sur l'une d'elles pendant que l'autre est . en charge, il faut placer une des séries à droite de l'appui et
* l'autre à gauche {/ig, 248).
Dans ce cas, si la production de courants parasites dans les conducteurs correspondant à une même phase est peu sen* ,
sible, il se produit toutefois, dans chacun des conducteurs d'une série, des réactions d'induction mutuelle dues aux trois conducteurs de l'autre série, réactions qui détruisent à l'arrivée l'équilibre des tensions.
Afin d'éviter cet inconvénient, on a pensé qu'en modifiant la position des conducteurs sur chaque appui, les effets produits
FiG. 246.
FiG. 248.
par l'induction mutuelle seraient égaux et symétriques pour tous les conducteurs du système, dans le cas d'une charge éga-
FiG. 249.
y<zixizyc
FiG. 250.
lement distribuée sur les trois phases. Pour donner une explication de ce mode de procéder, on peut considérer un circuit à courant alternatif simple ab soumis- à l'action de l'induction mutuelle d'un courant c. Dans le cas représenté par la figure 249, les phénomènes d'induction mutuelle produits par c sur h diffèrent de ceux que c exerce sur a ; mais, si, à intervalles réguliers par exemple, on inverse la position des conducteurs a et 6 {/ig. 250), les effets d'induction
mutuelle produits par le courant c sur a et sur b sont alors égaux.
Il est évident que, le circuit ah éiaut parcouru par un courant alternatif simple, le sens des courants est de direction opposée dans chaque conducteur et que les effets d'induction mutuelle produits sur c sont pratiquement nuls lorsqu'on adopte la disposition que montre la figure 250; il n^eo est pas de môme avec la disposition indiquée sur la figure 249, à
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Fio. 251.
moins que c ne soit placé à égale distance entre les conducteurs a et b.
Dans une ligne double à courants triphasés {fig. 248), on peut rendre symétriques les effets de Tinduction mutuelle sur chacune des séries de conducteurs en adoptant la disposition suivante. On divise la ligne en trois sections et, dans chacune de ces sections, on change la position des conducteurs; on peut encore diviser la ligne en plusieurs parties et dans chacune d'elles, divisée en trois sections, on opère de même. Si l'on veut complètement éviter les effets de l'induction mutuelle d'une série de conducteurs sur l'autre, il faut diviser la ligne en neuf sections et, sur chacune de ces sections, disposer les conducteurs comme le montre la figure 251. Les lignes ainsi établies sont appelées lignes en spirale. Aux points où les conducteurs sont transposés, il faut établir deux appuis assez rap-
proches l'un de l'autre, afin que, dans le parcours sur lequel s'effectue le changement, les conducteurs soient parfaitement tendus. Cette précaution est indispensable, parce que, dans le milieu de la portée, les conducteurs se trouvant moins éloignés l'un de l'autre, il faut éviter qu'il se produise des courts circuits sous l'action du vent.
Pour obtenir une compensation parfaite, il serait nécessaire de transposer les conducteurs sur chaque appui; on éviterait ainsi les petites différences d'équilibre qui peuvent se produire par suite des variations inévitables d'écartement entre les conducteurs sur toute la longueur de la ligne. Mais alors, par raison d'économie et pour ne pas augmenter le nombre des appuis, on devrait les placer à la distance normale et, dans ces conditions, les risques de courts circuits seraient plus grands.
Heureusement ces effets d'induction mutuelle ne sont pas importants et ils n'entraînent pas de grandes variations de tension; aussi, il est assez rare que l'on établisse des lignes avec le système en spirale.
Pratiquement, les phénomènes produits par la self-induction et par l'induction mutuelle, qui n'impliquent, du reste, aucune augmentation des pertes d'énergie, sont la cause qui nécessite un accroissement de quelques centièmes de la tension au départ de la ligne. La valeur absolue de la force contre-éïectromotrice due à ces effets, dans les conducteurs d'une ligne de 40 à 50 kilomètres de longueur, atteint rarement 15 0/0 de la valeur de la tension au départ de la ligne. 11 y a lieu de remarquer que cette force contre-électromotrice est décalée en retard de 1/4 de période sur l'intensité du courant et aussi sur la tension si les récepteurs ne présentent pas d'induction ; c'est pourquoi, par suite de ce décalage, l'augmentation de tension qu'il est nécessaire de produire sur les génératrices pour compenser la force contre-électromotrice ne dépasse pas quelques centièmes, 2 à3 0/0 au plus. Pour comprendre facilement cela, il suffit de se reporter à ce qui a été dit dans le paragraphe 25 et à examiner la figure 27, dans laquelle on voit que la force électromotrice due à la self-induction produit un
décalage en retard de l'intensité par rapport à la force électromotrice principale, décalage qui, tout en étant important, ne nécessite pas une grande augmentation de cette dernière pour être compensé.
L'inductance que présente une longue ligne de transmission d'énergie est plus ou moins diminuée par la capacité de la ligne. En effet, les conducteurs considérés deux à deux lorsqu'ils sont à des potentiels différents se comportent comme les armature^ d'un véritable condensateur. En outre, chaque conducteur constitue aussi un condensateur avec la terre qui a un potentiel égal à zéro et avec les supports d'isolateurs et les traverses en fer et aussi avec les appuis eux-mêmes lorsque ces derniers sont métalliques. Les effets d'inductance se manifestent d'autant plus que la charge sur la- ligne est plus considérable. En ce qui concerne la capacité de la ligne, elle se manifeste toujours lorsque la ligne est en charge; môme à vide, il faut toujours une certaine intensité de courant de charge pour maintenir une différence de potentiel entre les armatures de cette sorte de condensateur. Mais, comme onva en donner l'explication, la capacité de la ligne ne peut produire des effets sensibles que lorsqu'il n'y a pas de charge.
^En effet, soit une longue ligne de transmission d'énergie d'une centaine de kilomètres de longueur, par exemple. Cette ligne présente une inductance considérable et une capacité qui n'est pas négligeable. Par suite de sa capacité, la ligne exige un courant de charge de valeur déterminée pour maintenir la tension ; c'est pour cela que, si la ligne est reliée d'une part à 4a génératrice et que, d'autre part, on supprime toute communication avec les récepteurs, l'ampèremètre indique toujours le passage d'une certaine intensité de courant. Ce courant se compose de deux parties : une composante énergétique, en concordance de phase avec la force électromotrice, qui compense les diverses pertes de la ligne (effet Joule, pertes dans le diélectrique, etc.), et une composante inénergétique, due à la capacité et qui, comme on Ta vu (§ 44), est décalée de 1/4 de période en avance par rapport h la force électromotrice de
ralternateur. Cette composante inénergétique a pour effet de renforcer son champ magnétique inducteur (§ 72) au lieu de l'affaiblir comme le ferait un courant décalé en retard. Une conséquence pratique de ce phénomène est qu'à vide l'alternateur exige un courant d'excitation d'intensité plus petit pour obtenir la tension normale. C'est ainsi que dans la station centrale de Saint-Georges (département de TAude), qui, par l'intermédiaire de transformateurs élévateurs de tension, alimente une ligne de 100 kilomètres de longueur, les alternateurs atteignent la tension normale de 2500 volts avec un courant d'excitation de 12 ampères lorsqu'ils ne sont pas reliés à la ligne, tandis que le courant d'excitation n'est que de 6 ampères lorsqu'ils sont en communication avec la ligne. C'est donc le courant de charge de la ligne qui, dans ce dernier cas, fournit le supplément de courant nécessaire pour l'excitation.
La ligne étant en charge normale, si on suppose qu'à un moment donné cette charge soit brusquement supprimée, soit par suite de la fusion des coupe-circuit au point d'utilisation, soit par suite du fonctionnement d'un interrupteur automatique, là tension des alternateurs peut prendre alors une valeur dangereuse, parce que le courant de charge, toujours existant, agit pour renforcer l'excitation des génératrices. C'est pour ce motif que l'on dit que les effets de la capacité ne se * manifestent que lorsque l'installation fonctionne à vide. Au contraire, lorsque la ligne est en charge, l'inductance produit une action opposée à celle de la capacité et ces actions réciproques se neutralisent plus ou moins. Il convient de ne pas oublier que, lorsque la ligne est en charge, sa capacité s'augmente de celle due aux câbles souterrains de distribution, aux moteurs synchrones surexcités (§ 9i) et aux puissants transformateurs à haute tension.
Il semblerait que le courant de charge, mesuré au départ, doit augmenter proportionnellement à la longueur de la ligne, mais il n'en est pas ainsi. Il s'agit, dans le cas actuel, d'une capacité uniformément distribuée et la loi qui régit l'établissement du courant dans ce condensateur de nature spéciale est
très complexe : aussitôt que le courant de charge commence à prendre une certaine valeur, l'effet de Tinductance se manifeste aussitôt, môme à circuit ouvert. La différence de potentiel ainsi que Tintensiti^ du courant prennent aussi tôt une allure oscillante. A tout instant, les valeurs de l'intensité et de la différence de potentiel et, par suite, le décalage, varient de point en point le long de la ligne.
A un moment donné, s'il n'y avait pas de capacité, Fintensité serait constante sur toute la longueur de la ligne s'il n'y avait pas de dérivations à la terre par les isolateurs et des pertes entre les conducteurs à travers Tair et aussi par les isolateurs et les traverses qui les supportent. Par suite de ces pertes, l'intensité baisse d'une manière uniforme et aussi la tension. Successivement, la tension au départ varie ainsi que l'intensité; mais laffaiblissenjent de leur valeur reste toujours constante, car elle est due seulement aux perles. Ce qui vient d'être dit s'applique à tous les moments successifs de la période.
Lorsqu'il y a de la capacité, le phénomène se complique, A un moment donné, l'intensité a une certaine valeur au départ, cette valeur devient nulle à une certaine distance, puis est de sens contraire et atteint son maximum en un certain point de la ligne, pour redevenir nulle au point d'arrivée s'il n'y a pas de récepteurs en fonctionnement, c'est-à-dire si la charge est nulle. Un instant après, l'onde de l'intensité change : sa valeur au départ, le point où elle devient nulle ainsi que celui où elle atteint sa valeur maximum sont décalés en avance ou en retard le long de la ligne et cela s'applique à tous les moments de la période. On comprend que, pendant la durée d'une période, on constate, en chaque point de la ligne, des valeurs efficaces différentes pour l'intensité.
Ce qui se produit pour l'intensité se produit également pour la différence de potentiel et, comme les points où les valeurs sont nulles ne sont pas à égale distance du point de départ, le décalage varie* aussi comme une onde. La figure 252 représente les valeurs efficaces des trois quantités pour un cas pratique déterminé en supposant la ligne fonctionnant à vide. La courbe de
la puissance indique sa valeur moyenne en différents points de .la ligne; cette valeur décroît progressivement en compensant les pertes en ligne dont il a été déjà question.
Les relevés d'essais faits sur Tinstallation de Saint-Georges sont très instructifs. A circuit ouvert, tandis qu'au dépari la tension est de 17 600 volts, à Texlrémilé de la ligne, c>sl-à-
Lon^ur de la ligne
FiG. 252.
Dfort
dire à 70 kilomètres, celte tension atteint 18300 volts, soit 700 volts en plus. En sectionnant la ligne et en reliant successivement les diverses sections, la tension des alternateurs ayant sa valeur normale, on constate que l'intensité du courant de charge, mesurée à la station génératrice, a les valeurs suivantes :
Longueur de la ligne en kilomètres Courant de charge en ampères
too
11 faut dire que les intensités ainsi mesurées ca*n prennent celles du courant absorbé par les pertes entre conducteurs et parles isolateurs; mais ces pertes sont d'autant plus faibles que la ligne est depuis peu en service.
Dans l'installation de Paderno (ligne de 32 kilomètres), qui fonctionne à 12000 volts, le courant de charge estd^ 1 ampère et le courant absorbé par les pertes de 0, 24 ampère, en temps ordinaire.
140. Surélévation de tension dans les installations à courant alternatif. — Les longues lignes de transmission d énergie sont exposées à des surélévations de tension indépendantes de celles qui ont été exposées dans le paragraphe précédent et aussi de celles qui sont dues aux décharges atmosphériques. Ces augmentations subites de tension, qui peuvent atteindre quelquefois, ne serait-ce que pendant quelques instants, le décuple de la tension normale, entraînent lobligation de protéger les génératrices, les transformateurs, les appareils, les instruments, etc., contre les dommages très sérieux qu'elles peuvent produire.
Ces surélévations subites de tension peu vent avoir pour cause les phénomènes de résonance qui peuvent se produire dans le .circuit. On a déjà dit, dans le paragraphe 45, que, lorsque ces phénomènes de résonance se produisent dans un circuit comprenantune capacité et présentant de la self-induction, la tension à chacune des extrémités du circuit pouvait atteindre une valeur de beaucoup supérieure à celle que produit la génératrice. Lorsque le couinant a une allure sinusoïdale et que la fréquence ne dépasse pas 50 périodes par seconde, ce qui est la fréquence maximum généralement admise, ces phénomènes de résonance ne se produisent jamais. Seulement, ils peuvent se produire lorsque* Tallure de la courbe de tension ou d'intensité est déformée et présente des harmoniques {§ 41) de grande fréquence, cinq ou six fois plus grande que la fréquence fondamentale ; mais, avec les alternateurs actuels, on peut dire que ce cas ne se présente plus.
Toutefois, les surélévations de tension peuvent être dues à une autre cause. On sait (§ 23) qu'un champ magnétique constitue un réservoir d'énergie et que, lorsque ce champ disparaît, il restitue intt^gralement cette énergie sous forme de courants induits. Soit une longue ligne de transmission ayant une certaine capacité ; si on suppose qu'au moment où le courant alternatif atteint sa valeur maximum, la ligne vienne à. . être brusquement interrompue, l'énergie accumulée dans le champ magnétique produit par la ligne (champ qui, dans ces
conditions, a l'intensité maximum) est alors restituée. Si la ligne n'avait pas de capacité, cette énergie disponible se manifesterait au point de rupture sous forme d'un arc très puissant; si la ligne a une certaine capacité, Tare se produit néanmoins, mais il est moins puissant, parce que le courant variable qui se produit au moment de la disparition du champ magnétique est en partie utilisé pour produire la charge du condensateur constitué par la ligne ; mais ce condensateur, étant déjà chargé par suite de la tension existant aux extrémités de la ligne, ne peut recevoir une augmentation décharge s'il ne se produit pas simultanément une différence de potentiel plus élevée entre les armatures et, dans ces conditions, la tension peut prendre des valeurs très élevées. L'énergie électromagnétique disponible se transforme alors en énergie électrostatique. La tension maximum étant atteinte, c'est le condensateur qui se décharge à son tour et ce courant variable de décharge tend à reformer le champ magnétique. Ce phénomène se reproduit de nouveau et, si ce n'était les pertes par effet Joule, par hystérésis, par courants de Foucault et autres, il se continuerait indéfiniment, Ténergie passant successivement d'une forme à une autre avec de continuelles oscillations, chacune de ces oscillations s'accomplissant en un temps donné que l'on appelle péinode d^ oscillation du circuit.
On peut expliquer ce phénomène en se servant d'une comparaison empruntée à la mécanique. Soit un volant ayant une masse considérable monté sur pointes et sur l'axe duquel est fixée l'extrémité d'un ressort en spirale, l'extrémité opposée étant fixée en un point placé hors du système. On imprime au volant, à Taide de la main, un mouvement de va-et-vient régulier, par exemple de 10 centimètres de part et d'autre de sa position initiale et avec une fréquence quelconque. Puis, saisissant le moment où le volant repasse par sa position initiale (vitesse maximum et énergie cinétique de masse maximum ou force vive^ï, on Tabandanne à lui-même. On peut alors constater deux faits : lamplitude des oscillations varie et la fréquence du mouvement change. La fréquence du mouvement devient
égale à la période propre d'oscillation du Système, autrement dit à la période d'oscillation libre du système. Ce mouvement d'oscillation ainsi obtenu pourrait durer indéfiniment par suite de transformations successives et régulières d'énergie cinétique de masse en énergie de déformation élastique du ressort et vice versa^ si les frottements ne venaient au bout d'un temps p'us ou moins long, ramener le système au repos.
L'inertie du système est comparable à la self-induction du circuit électrique et l'élasticité du ressort, à la capacité (Voir chap. VI, § 43 et suivants). De même, l'amplitude des oscillations peut être comparée à la tension maximum qui existe entre les armatures du condensateur constitué, dans le cas actuel, par les conducteurs de la ligne.
11 est facile de comprendre maintenant que, lorsqu'une ligne vient à être brusquement coupée, soit par un interrupteur, soit par la fusion d'un coupe-circuit, si la rupture se produit au moment où Tintensité a une valeur notable, le phénomène dont il vient d'être question se produise et que la tension atteigne une valeur très élevée. Le phénom^ne est encore plus accentué lorsque l'interruption se produit au moment où l'intensité atteint sa valeur maximum. En admettant que la rupture du circuit ait lieu au moment où Tinlensité a une valeur nulle, l'oscillation se produirait également, parce qu'il y a toujours une certaine réserve d'énergie. En réalité, l'intensité peut être décalée par rapport à la tension et cette dernière peut encore avoir une certaine valeur au moment où celle de l'intensité est nulle. Le condensateur constitué par les conducteurs est alors chargé proportionnellement h cette tension, l'énergie électrostatique se transforme en énergie électromagnétique et réciproquement ; il s'ensuit, par conséquent, des oscillations. En outre, indépendamment de ce phénomène, en admettant qu'il n'existe aucune différence de potentiel entre les conducteurs, la canalisation peut ne pas avoir un potentiel nul par rapport à la terre, si la ligne est bien isolée et qu'il n'y ait aucun point h la terre. Dans ces
conditions, les conducteurs et la terre constituent les arma* tures d'un véritable condensateur et, s'il se produit des oscillations, ces dernières ne peuvent causer une élévation de tension supérieure à la normale parce que, d'une part, la capacité d'une ligne aérienne est faible et que, d'autre part, l'énergie électrostatique correspondant aux conditions normales est également faible.
Les surélévations de tension produites par la disparition du champ magnétique d'un circuit sont d'autant plus à craindre que la capacité du copdensateur constitué par la ligne est plus faible. Cela, parce que, pour une certaine quantité d'énergie à absorber et, par conséquent, pour une quantité donnée d'électricité à accumuler, la différence de potentiel des armatures du condensateur doit être d'autant plus élevée que sa capacité est plus faible. C'est le cas d'un sac élastique qui devrait contenir une quantité donnée de liquide : la résistance des parois doit être d'autant plus grande que le volume du sac est plus petit.
Ces surélévations de tension sont donc beaucoup plus à craindre avec les lignes aériennes qu'avec les lignes en câbles souterrains dans lesquelles la capacité est relativement grande. On démontrera, dans le tome II, que la lension maximum peut être représentée par la valeur d'une résistance particulière, dite résistance d'oscillation libre, multipliée par la valeur maximum que Tintensité peut prendre dans le circuit. Cette résistance particulière varie ordinairement de 400 à 900 ohms pour les lignes aériennes, tandis qu'elle n'est que de 40 ohras pour les câbles souterrains.
De fortes surélévations de tension peuvent également se produire sans qu'il y ait interruption du circuit, par suite d'une subite variation de charge et surtout par la production d'un court circuit. Chaque brusque augmentation ou diminution du courant, modifiant momentanément les conditions de fonctionnement, produit une perturbation dans l'énergie électromagnétique du système et, à cette perturbation, vient s'ajouter, pour les causes déjà données précédemment, une oscillation. Dans ces
conditions, le phénoitiène est accompagné d'une forte surélévation de tension.
Dans le cas d'un court circuit sur la ligne, dû h un contact accidentel de deux fils ou au fonctionnement simultané de deux ou de plusieurs parafoudres pendant un orage, Taugr mentation de tension peut se produire aussi bien à la station génératrice qu'à la sous-station réceptrice, parce que, d'un côté du point oîi le court circuit s'est produit, le courant augmente d'intensité et diminue de l'autre côté. Le cas le plus dangereux pour la station génératrice est celui dans lequel le court circuit se produit vers l'extrémité de la ligne, parce qu'alors cette dernière intervient dans toute sa longueur, quoique l'importance du court circuit soit diminuée à cause de la résistance de la ligne même.
Il importe donc de prendre des précautions pour éviter que ces surélévations de tension se produisent ou du moins pour éviter les dégâts qu'elles peuvent occasionner. En ce qui concerne les surélévations de tension produites par l'ouverture du circuit, il faut choisir des interrupteurs de construction appropriée (Voir § 144). Dans tous les cas, il est nécessaire de placer des parafoudres aux extrémités de la ligne.
La mise en circuit de puissants transformateurs ou de moteurs d'induction et, en général, d'appareils quelconques ayant une grande inductance, devrait être effectuée en mettant un condensateur en dérivation aux bornes de l'appareil, afin de limiter le risque d'une surélévation de tension. Lorsque le fonctionnement des appareils est devenu régulier, on peut supprimer le condensateur, mais il est nécessaire de le remettre en circuit avant d'interrompre le courant dans l'appareil.
141. Protection des lignes contre les décharges atmosphériques. — Les lignes aériennes sont exposées aux décharges atmosphériques, aussi est-il indispensable de les protéger efficacement contre les coups de foudre ou, plus exactement, il est nécessaire de prendre des dispositions pour éviter qu'une décharge atmosphérique, suivant les conducteurs de la ligne,
434 i^A TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS
n'arrive dans la station génératrice ou dans les sous-statioas où elle pourrait détruire ou du moins gravement endommager tous les objets qui se trouvent sur son passage.
Au sujet des formes diverses que peut présenter une décharge atmosphérique, de ses effets et des mesures propres à rendre ces effets les moins nuisibles possibles pour Tinstallation, on ne saurait mieux faire que de reproduire, presque textuellement, les renseignements donnes, dans une conférence faite à Milan, par M. 6. Semenza, ingénieur en chef de la société Edison, en faisant remarquer, comme du reste il Ta fait luimême, que les explications données sont plutôt empiriques que scientifiques.
Les décharges atmosphériques qui frappent les lignes électriques peuvent se manifester sous trois formes principales :
1* Un coup de foudre éclatant entre un nuage et la terre parcourt un des conducteurs sur une distance plus ou moins longue ;
2* Un coup de foudre éclatant entre deux nuages ou entre un nuage et la terre produit une perturbation dans les conducteurs de la ligne ;
3** Un nuage fortement chargé se trouvant au-dessus de la ligne induit dans les conducteurs une charge électrostatique qui élève considérablement son potentiel.
Dans le premier cas, la décharge peut être oscillante ou non; dans les deuxième et troisième cas, l'opinion la plus générale est que la décharge est toujours oscillante. Ce fait présente une grande importance, parce que la nature des effets produits diffère complètement suivant que la décharge est ou non oscillante.
Que la décharge soit ou non oscillante, elle rencontre dans les conducteurs une impédance de valeur supérieure à leur résistance* ohmique ; mais, si la décharge se produit sous forme d'un seul flux d'énergie, les conducteurs ne présentent qu^une impédance qui diminue graduellement et, au bout de quelques instants, ce flux circule dans les conducteurs comme une onde
LIGNES DE TRANSMISSION. - SYSTÈMES DE DISTRIBUTION 4ô5
de courant ordinaire ; au contraire, lorsque la décharge est oscillante, c*est-à-dire lorsqu'elle oscille avec une fréquence de plusieurs centaines et de plusieurs milliers de vibrations par seconde, la résistance ohmique devient absolument négligeable comparée à Tinductance énorme ^ue présenté le circuit.
C'est pour cela qu'une décharge oscillante, au lieu de suivre une spire de cuivre, franchit dans l'air plusieurs centimètres, l'impédance présentée par la spire constituant une sorte d'obstacle que la décharge ne peut franchir. C'est pourquoi il arrive parfois qu'une décharge ayant suivi les conducteurs de la ligne arrive aux bornes de la génératrice et de là passe sur la carcasse, qui est généralement en bonne communication avec la terre, et môme aussi sur l'inducteur, plutôt que de suivre les conducteurs de l'induit.
On comprend que les effets produits par ces deux catégories de décharge soient très différents. En réalité, un coup de foudre qui frappe un conducteur et qui ne présente pas un caractère oscillant tend à suivre la ligne jusqu'à ce qu'il trouve un point oîi l'isolement soit faible par rapport à la terre; si, en ce point, il y a une couche d'air, il y a production d'une étincelle et, si c'est un isolant, il est perforé.
Une décharge oscillante, au contraire, cherche à se diriger vers la terre par le trajet qui présente la plus faible inductance; c'est pourquoi celte décharge franchit des intervalles d'air plutôt que de suivre un fil ou de traverser une bobine. Cela explique pourquoi, pendant un orage, il arrive parfois que la décharge passe directement à la terre à travers une couche d'air do 4 à 5 mètres au lieu de suivre un conducteur à Textrémité duquel elle trouverait un passage à travers une coiche d'air de quelques centimètres seulement.
D'une manière générale et principalement si la décharge est oscillante, il ne paraît pas diflicile d empocher qu'elle atteigne les machines et les transformateurs; mais Teffet le plus dangereux et difficile à éviter est le suivant : presque tou-
jours les divers conducteurs d'une ligne se déchargent simultanément; alors les deux étincelles, les conducteurs de terre et la terre constituent une dérivation dont la résistance peut être très faible. 11 en résulte dans toute Tinstallation un court circuit qui, pour peu qu'ail ait une certaine durée, peut causer des avaries graves aux appareils et môme arrêter le fonctionnement de toute Tinstallation ou d'une partie seulement. La plupart des avaries que subissent les machines à la suite des coups de foudre s'expliquent beaucoup mieux ainsi que par rhypothèse admettant que la décharge se rend à la terre par la machine môme; il en est de même en ce qui concerne Texplicalion de la fusion fréquente des coupe-circuit sous Taction d'une décharge atmosphérique.
11 est évident que le phénomène de mise à terre et de court circuit k travers les parafoudres se produit d'autant plus facilement que la tension de l'installation est plus élevée; de môme les dégâts causés sont d'autant plus considérables que la puissance, en jeu est plus grande. Ainsi un simple parafoudre à peigne suffit pour protéger les lignes télégraphiques et téléphoniques, parce que la différence de potentiel de 100 à 200 volts qui peut exister entre les poignes n'est pas suffisante pour qu'un arc permanent s'établisse à travers la couche d'air de quelques millimètres qui les sépare.
11 résulte de ce qui vient d'être exposé que la protection d'une ligne h haute tension est un problème complexe et cela explique pourquoi certaines dispositions de sûreté, appliquées avec succès dans certains cas, n'ont plus donné de résultats satisfaisants dans d'autres conditions.
Un système complet de protection contre les décharges atmosphériques doit satisfaire aux conditions suivantes :
1** Protéger la ligne des décharges dijrectes ou coups de foudre frappant la ligne ;
2° Empocher que les décharges oscillantes passent directement du conducteur à l'appui ou à la terre ;
3° Empocher que les décharges atteignent les appareils du tableau, les génératrices et les transformateurs ;
4" Empêcher que les parafoudres ne produisent des courts circuits.
La ligne peut être protégée des coups de foudre qui la frappent directement à Taide de pointes ou mieux avec des groupes de pointes placés au sommet des appuis et bien reliés à la terre. On a proposé souvent et on a même réalisé dans certains cas un dispositif consistant à placer au-dessus des conducteurs et tout le long de la ligne un fil métallique garni de pointes (fil de ronce) que l'on relie à la terre de dislance en distance. Les résultats obtenus ne sont pas concluants et aujourd'hui ce dispositif n'est presque plus employé. On peut dire que, tout en protégeant la ligne des décharges directes en fonctionnant comme un véritable paratonnerre, il ne peut, en réalité, éviter que les effets secondaires n'agissent sur la ligne et, par suite, Tinutilité de ce mode de protection a paru évidente.
Il est assez difficile d'empêcher les décharges oscillantes de se rendre directement à la terre et de les obliger à passer par les parafoudres. Les oscillations électriques, comme les vibrations sonores d'une corde, en acoustique, ont des ventres et des nœuds, c'est-à-dire qu'en certains points des conducteurs l'augmentation de potentiel due à la décharge est très considérable (ventre), tandis qu'en d'autres points cette augmentation est nulle (nœuds). Pour qu'un parafoudre installé sur une ligne puisse fonctionner, il est nécessaire qu'il soit placé dans le voisinage du ventre d'une onde. Or il est impossible de connaître les points où se forment les ventres, chaque décharge pouvant avoir des longueurs d onde différentes. 11 faut donc, dans ces conditions, installer un grand nombre de parafoudres le long de la ligne et c'est rexpérience seule qui peut faire connaître le nombre nécessaire.
La troisième condition n'est pas trop difficile à réaliser. 11 suffit, en effet, de placer un parafoudre en avant des appareils à protéger et de rendre très différents, au point de vue de l'inductance, les deux chemins que peut suivre la décharge. A cet effet, on donne une inductance très élevée aux conducteurs
que peut suivre la décharge pour arriver aux génératrices ou aux transformateurs, tandis que le conducteur de terre doit présenter la plus faible inductance possible. Dans ces conditions, il est probable que la décharge se rendra à la terre par la seconde voie qui lui est offerte, mr»me dans le cas où elle devrait franchir une couche d'air notable.
Pour se placer dans les conditions qui viennent d'être exposées, il faut installer d'une manière convenable les parafoudres placés aux extrémités de la ligne. On augmente l'inductance de la portion de ligne comprise entre le parafoudre et les machines, en intercalant dans cette partie du circuit une bobine de self-induction comprenant une douzaine de spires de grand diamètre et ne contenant pas de fer. Cette bobine présente une impédance très élevée par rapport aux décharges oscillantes, tandis que, pour les courants ordinaires de l'installation, cette impédance est presque négligeable.
Quant au circuit qui relie le parafoudre à la terre, il doit, pour présenter la pins faible impédance possible, être en ligne droite, les décharges oscillantes ne se prêtant pas à de brusques changements de direction et tout coude du conducteur présentant une grande impédance. Donc le conducteur de terre doit être aussi droit et aussi court que possible et surtout avoir une connexion à la terre parfaitement établie. Un sol humide constitue une très bonne terre, tandis que l'eau seule constitue une mauvaise terre; la superficie de la plaque de terre doit être aussi grande que possible.
En ce qui concerne la quatrième condition à réaliser, c està-dire d'empêcher que deux conducteurs, se déchargeant simultanément, ne produisent un court circuit dans l'installation à cause de la faible résistance que présente le parafoudre au moment où il fonctionne, on la réalise plus ou moins bien suivant le type de parafoudre employé. Il faut que le parafoudre présente une disposition telle qu'il puisse empêcher la formation d'un arc permanent entre ses deux pôles, arc qui tend à se produire au moment où éclate Tétincelle de décharge, ou bien qu'il coupe très rapidement cet arc,
s*it vient à se produire, parce qu'il serait maintenu par le courant de la génératrice qui, par Tinlermédiaire des conduc-. t^urs, serait alors mise directement à la terre.
D'une manière générale, une bonne disposition à adoptei consiste à intercaler sur le fil de terre une assez forle résistance ohmique présentant très peu de self-induction, par exemple un cylindre de charbon ; cette résistance limite l'intensité du courant et diminue les dangers que présente un court circuit. Une autre disposition, absolument indispensable^ consiste à donner à chaque parafoudre une terre séparée; en utilisant une terre unique pour tous les parafoudres, on rendrait Tinstallation dangereuse, parce qu'en cas de court circuit éventuel la résistance du fil de terre serait rendue absolument négligeable.
Il convient d'examiner maintenant les principes sur lesquels sont fondés les divers dispositifs imaginés pour réaliser la quatrième condition, c'est-à-dire pour éviter les courts circuits. Il faut remarquer que, dans tous les parafoudres utilisés jusqu'à présent, la décharge atmospjiérique doit traverser un certain espace d'air calculé pour que la tension normale de l'installation ne puisse produire une dérivation à la terre. Toutefois, comme on Ta déjà expliqué précédemment, la résistance opposée par cette couche d'air peut devenir très faible, au moment où le parafoudre fonctionne, pour donner lieu à une dérivation à la terre du courant normal de l'installation. Il faut donc que la couche d'air que le coup de foudre doit franchir soit proportionnée à la tension de la ligne; d'autre part, il ne faut pas que la distance qui sépare les deux pôles du parafoudre soit trop grande, sinon l'on risquerait d'empêcher son fonctionnement au moment opportun.
Les principes sur lesquels est fondée la construction des divers parafoudres pour les installations à haute tension à courants alternatifs sont les suivants :
1** Un arc permanent s'établit beaucoup moins facilement lorsque le courant est obligé de franchir successivement plusieurs intervalles d'air disposés en cascade, plutôt que de fran-
chir une seule couche d'air dont la longueur serait égale à la totalité des divers intervalles ;
2° Certains métaux et certains alliages possèdent la propriété d'empôcher la formation d'un arc ou, si l'arc se forme, de l'éteindre rapidement;
3** L'arc qui se forme par suite du fonctionnement du parafoudre peut être interrompu mécaniquement en éloignant momentanément les deux organes entre lesquels l'arc sVst formé ;
4* L'arc peut être interrompu spontanément par soufflage électromagnétique lorsqu'il se formé dans un champ magnétique et dans une direction perpendiculaire aux ligties de force ; il peut être aussi interrompu sous l'action du courant d'air chaud qu'il produit si ce n'est pas par action électromagnétique. Parmi les.parafoudres fondés sur le principe des intervalles d'air à franchir par la décharge, le plus simple est celui que construit la <}eneral Electric C%- il est constitué par trois ou cinq cylindres creux en bronze [fig. 253) de 40 mm de diamètre et d'une hauteur à peu près égale, fixés sur une plaque d'ardoise et séparés l'un de l'autre par une distance de 1 à 2 mm. Sur les deux cylindres extrêmes et également à petite distance sout fixés deux grosses baguettes de charbon dont l'une est reliée à la ligne à. protéger et l'autre est mise en communication avec la terre. Dans un parafoudre à cinq cylindres, la décharge doit franchir six intervalles d'air. Les baguettes de charbon servent de résistance ohmique pour limiter l'intensité du courant pendant la durée de la décharge et de l'arc qui en est la conséquence. Ce type de parafoudre peut être utilisé sur des lignes où la tension arrive jusqu'à 2000 ou 3000 volts; il faut naturellement placer un parafoudre sur chacun des conducteurs. Lorsque la tension dépasse 2000 à 3000 volts, on installe plusieurs parafoudres
FiG. 253.
^montés en série. Ces parafoudres ne peuvent être employés que dans les installations à courants alternatifs, le courant éontmu produisant facilement un arc permanent.
Le nouveau type de parafoudre Schuckert appartient h la même classe; il convient spécialement pour les très hautes tensions et il a été appliqué avec succès aux extrémités de la ligne de traction électrique du éhemin de fer de Lecco à Colico. Ce parafoudre est constitué par un mince jet d'eau, fourni par la conduite principale d'alimentation des turbines; ce jet va frapper une lame de cuivre reliée métalliquement avec le conducteur de la ligne que Ton veut protéger. Il est à remarquer que ce jet d'eau ne peut se produire sous forme d'un cylindre liquide, mais se divise en une quantité dégouttes, ce qui fait qu'entre la lame de cuivre et Torifice d'où vient l'eau, il y a un très grand nombre de petits intervalles d'air. Dans les conditions normales, par suite des petites gouttes d'eau qui entourent celles qui sont plus grosses, le jet d'eau constitue pour le courant une petite dérivation à la terre, mais la quantité d'énergie ainsi perdue est négligeable. Ce parafoudre fonctionne très biei\ même avec de l'eau qui n'est pas parfaitement limpide.
A la seconde catégorie de parafoudres appartient celui de Wiirts, formé de petits cylindres de métal anti-arc, et dans lequel on a également appliqué le principe des parsifondres de la première catégorie. H se compose de sept petits cylindres d'un alliage de zinc et d'antimoine [fig. 254) dont la surface est rendue rugueuse et qui sont disposés verticalement ; ces cylindres parallèles sont écartés l'un de l'autre de 0,5 mm environ et sont placés dans une boîte en porcelaine munie de fentes. Le premier de ces cylindres est relié à la ligne et le dernier est mis en communication avec la terre. Dans les con-
ifPTO
Fio. 254.
ditions normales, les six intervalles d*air sont facilement franchis par une décharge atmosphérique, mais le passage de la' décharge donne lieu à la production de vapeurs d'oxydes de zinc et d antimoine qui, étant mauvaisesconductrices, empêchent le courant de ligne de se rendre à la terre et Ton évite ainsi la production d*un arc permanent, toujours parce que le courant est alternatif. Avec uxte installation à courant continu, ce paraFoudre ne donne pas de bons résultats; c'est ainsi qu'avec un courant continu à 5000 volts, on peut maintenir un arc permanent dans un parafoudre construit pour supporter une tension alternative de 20000 volts efficaces.
La manière différente dont se comporte ce type de parafoudre avec le courant continu et avec le courant alternatif est probablement due à ce que, en admettant toujours que la dislance qui sépare les cylindres soit très petite, les vapeurs d'oxydes métalliques qui se forment au moment où la décharge se produit sont condensées dans un très petit espace et, à cause de leur très grande résistance, elles permettent à un arc très court et tranquille de se former, si le courant est continu; au contraire, avec un courant alternatif, Tare estpromptement et facilement éteint, parce que le courant passe par une valeur nulle un très grand nombre de fois par seconde et, dans ces conditions, les vapeurs d'oxydes métalliques peuvent plus facilement s'opposer au passage du courant. Cela explique aussi pourquoi, lorsqu'on laisse entre les cylindres des intervalles plus grands, l'arc s'éteint difficilement à cause de la plus facile circulation de l'air qui réduit notablement l'action des vapeurs.
Les parafoudres Wurts, comme ceux de la General Electric C", doivent être montés en série en nombre plus ou moins grand suivant la tension de l'installation.
Un autre type de parafoudre, fondé sur le même principe que celui de Wiirts, est constitué par une pile de disques de zinc séparés entre eux par des disques de mica de même diamètre. Le premier des disques de zinc est relié avec la ligne à •protéger et le dernier est mis en communication avec la terre.
Le parafoudre Thury et celui d'Alioth appartiennent à la troisième classe, c'est-à-dire qu'ils servent à protéger les machines et les appareils des décharges atmosphériques; mais ils ne sont pas souvent utilisés, surtout parce qu'ils comportent un électro-aimant; or on a déjà vu que la communication à la terre devait présenter le moins d'inductance possible. En outre, ces parafoudres ont des organes mobiles qui nécessitent une surveillance attentive.
La quatrième classe de parafoudres comprend ceux dans lesquels Tare est interrompu par action électromagnétique ou électrodynamique ou encore par souftlago magnétique.
Le parafoudre Thomson appartient à cette classe. Dans ce type d'appareil le courant de ligne traverse une bobine qui produit un champ magnétique.
L'arc qui tend à se former entre deux segments en forme d'arc, à la suite d'une décharge atmosphérique, i?st brusquement repoussé par l'action du champ magnétique.
Mais ce parafoudre ne fonctionne qu'avec du courant continu, le champ magnétique devant avoir une direction invariable pour qu'il puisse souffler Tare. T. o -
A cette classe appartient également le parafoudre à cornes de Siemens et Halske, appareil des plus simples et facile à réaliser pour les tensions les plus diverses. Il se compose de deux fils de cuivre (/?</. 255)
fixés convenablement sur des isolateurs et recourbés de manière que la distance qui les sépare soit presque uniforme sur une certaine partie de leur longueur pour aller ensuite en augmentant de plu^ en plus comme on le voit sur la figure. La distance qui sépare les deux branches verticales se règle à volonté parce que leur partie inférieure horizontale est filetée et fixée dans la pièce que porte l'isolateur à Taide d'un écrou et d'un contre-écrou. Une des branches est reliée au conducteur de ligne et Tautre à la terre.
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FiQ. 256. rg Tem
Lorsque le potentiel de la ligne s'élève par suite d'une décharge atmosphérique, Tintervalle d'air qui sépare les deux branches est facilement franchi par la décharge qui se rend à la terre; mais par ce chemin le courant de la ligne tend à former un arc. Il y a lieu à ce sujet de faire remarquer que, si le courant est alternatif, à tout instant, par suite d'une action électrodynamique, les deux courants verticaux, l'un montant, l'autre descendant, agissent sur le courant mobile de lare pour le faire monter entre les branches, parce que deux courants angulaires tendent k s'éloigner quand leur direction est opposée. L'arc est ainsi forcé de s'infléchir et de monter vers l'extrémité du parafoudre où l'écartement des branches est plus grand. Indépendamment de cette action, une autre cause plus énergique agit pour repousser l'arc vers le haut : c'est le courant d'air chaud ascendant produit par l'arc lui-même. Il arrive donc un moment où la longueur de l'arc est telle, par suite de l'écartement des branches, qu'il ne peut plus se maintenir et il s'interrompt.
La figure 255 montre les variations successives de l'arc; elle
a été obtenue en photographiant un parafoudreen fonctionnement et en interposant un disque mobile percé d'un trou près de sa périphérie.
Ce modèle de parafoudre peut être utilisé aussi bien avec le courant continu qu'avec le courant alternatif pour des tensions de 1000 volts et au delà.
Après avoir ainsi décrit sommairement les divers types de parafoudres, il reste h donner quelques renseignements sur la manière de les installer et sur le nombre qu'il convient de placer sur une ligue donnée.
On a déjà dit que, pour protégerlesappareils et les machines, il convenait toujours de placer une bobine d'induction en série sur les conducteurs de ligne avaut leur arrivée au tableau de distribution. Le parafoudre est monté en dérivation sur le conducteur avant la bobine, ainsi que le montre la figure 256. C'est ainsi que l'on doit installer les parafoudres à chaque extrémité de la ligne et naturellement il faut en monter un sur chaque conducteur. Les parafoudres doivent être installés dans un local approprié, très bien aéré et facilement accessible pour que l'on puisse s'assurer fréquemment de leur état.
Certains électriciens sont d'avis qu'il est préférable de prolonger la ligne d'une dizaine de mètres au delà de la station et d'installer les parafoudres à l'extrémité de ce prolongement. Le long de la ligne, lorsque c'est le cas, les parafoudres sont placés en dérivation sur les conducteurs et on les fixe directement sur les appuis.
Les canalisations souterraines doivent également être protégées par des parafoudres à leurs deux extrémités parce que, quoiqu'elles ne soient pas exposées aux coups de foiidre, elles peuvent, comme on le verra, donner naissance à des surélévations de tension considérables.
La Société Westinghotise, qui, comme la General Electric C°, a établi auîc États-Unis les installations les plus considérables au point de vue des très hautes tensions, a proposé, pour les installations à 25000 volts et au delà, de placer avant les parafoudres une sorte d'excitateur s {fig, 257); un nombre con-
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Fio. 257.
venable de parafoudres Wiirts sont ensuite montés en série. Afin de donner une plus grande efficacité à ce système, on peut shunter la moitié des parafoudres avec une résistance pu rement oli m ique( poudre de charbon comprimée et renfermée
dans un tube de verre) et placer encore une autre résistance non induclive sur le trajet du fil de terre.
L'efficacité plus grande que présente ce dispositif par rapport à celui qui ne comporte pas de résistance est probablement due à ce que les deux séries de parafoudres fonctionnent successivement Tune après l'autre.
En effet, le point Q est normalement au potentiel de la lerre; lorsque le potentiel du point P s*élève, à la suite d'une décharge en 5, une étincelle éclate dans les parafoudres compris entre P et Q et l'élévation du potentiel du point P est ainsi brusquement reportée sur le point Q. Alors la charge subite reçue en Q suit de préférence les intervalles d air de la seconde série de parafoudres plutôt que le shunt et le courant de la ligne trouve ainsi une dérivation à la terre ; mais, comme le courant de la ligne passe également par le shunt, il en résulte que l'intensité du courant qui passe dans la seconde série de parafoudres est affaiblie, Tare ne peut se maintenir et il s'éteint. Les deux résistances oh m iques étant montées en série réduisent également la valeur de l'intensité du courant, de sorte que Tare ne peut plus se mainlenir dans la première série de parafoudres et il disparait également en ces points.
Si les parafoudres sont convenablement proportionnés par rapport à la tension de l'installation, leur fonctionnement est excellent, d'autant plus qu'en réglant la distance explosive de
Texcitateur s il est possible de rendre le système assez sensible pour qu'il fonctionne pour une assez faible augmentation de la tension normale sur les conducleurs de la ligne.
Il ne faut pas croire néanmoins qu'après avoir pris toutes les précautions pour protéger efficacement les machines et les appareils, ceux-ci soient toujours complètement à labri des détériorations résultant d'une décharge atmosphérique. Dans la plupart des cas, la protection sera complète, mais elle ne peut pas toujours l'être, car la foudre se manifeste dans des conditions si diverses et si capricieuses qu'il peut arriver qu'elle produise des effets bien différents de ceux que l'on a pu prévoir.
Il convient de ne pas oublier qu'une décharge atmosphérique est souvent une décharge oscillante et que le courant de décharge possède, comme une onde électrique, des nœuds et des ventres. Or, pour qu'un parafoudre fonctionne, il faut qu'il soit installé en un point correspondant à un ventre ou du moins en un point qui en soit très voisin. La position de ces ventres est absolument impossible à déterminer à l'avance, car elle dépend d'une foule de circonstances les plus diverses; c'est pour cela qu'il peut arriver, et le cas s'est déjà produit, que bien des fois un parafoudre ne fonctionne pas et qu'une dynamo ou un transformateur soit foudroyé. La décharge suit bien les deux chemins qui lui sont offerts, mais, comme paraissent l'indiquer les études théoriques, les machines et les transformateurs intercalés sur le circuit modifient Tallure de l'onde de manière à ce qu'il se produise toujours un ventre au point oii ils se trouvent.
A l'appui de cette opinion on peut citer les deux faits suivants : le foudroiement d'une machine se produit le plus souvent, ainsi qu'on a pu le constater par de nombreuses observations, lorsque l'orage ne se manifeste pas dans l'endroit où l'on se trouve, la décharge étant due, dans ce cas, à des coups de foudre éclatant au loin ou lorsque la ligne se trouve établie dans des conditions spéciales. Ainsi, lorsque la ligne traverse des régions présentant des différences d'altitude notables, il se
produit des décharges môme par temps clair avec un ciel sans nuages, principatement au moment du coucher du soleil, la ligne pouvant provoquer des décharges atmosphériques entre les couches dVir froides qui se trouvent au fonddes vallées et qui ont un certain potentiel et les couches d'air supérieures, encore chauffées par les rayons du soleil et possédant une charge à potentiel différent. Ces décharges sont complètement silencieuses, mais ont une intensité suffisante pour produire des avaries assez graves dans les stations génératrices et dans la ligne.
Le second fait venant confirmer Topinion émise est que le champ magnétique d'un alternateur paraît exercer une certaine influence sur la manière dont une machine peut être foudroyée, car on a constaté plusieurs fois que la décharge se produisait entre Tinduit, lorsqu'il est fixe, et un ou plusieurs pôles de l'inducteur au lieu de passer par un des conducteurs de l'induit et la carcasse en franchissant un intervalle d'air beaucoup plus petit. C'est la constatation de ce fait qui a amené M. G. Gola, ingénieur*, à constituer un parafoudre destiné à être monté en série sur les conducteurs, mais pourvu d'un dispositif de dérivation de la ligne à la terre. D'après l'inventeur, la présence de ce parafoudre ne troublerait nullement le régime normal du courant et constituerait, pour les décharges atmosphériques, une barrière infranchissable en les obligeant à suivre la dérivation pour se rendre à la terre. M. Gola dit que ce parafoudre a donné des résultats très satisfaisants dans les conditions les plus difficiles et qu'il a parfaitement protégé des installations où d'autres parafoudres n'avaient pas donné de bons résultats. Cela ne doit pas surprendre, parce que ce parafoudre, à cause de sa disposition particulière, produit une modification caracléristique dans la disposition des conducteurs de la ligne ; il est probable que sa présence agit sur l'onde pour qu'il se produise toujours un ventre au point où il est intercalé et, dans ces conditions, il fonctionne lors de chaque décharge.
1. Alti delV Associazione Elettrotecnica Jlaliana^ val. VI, fasc. I.
IJGNES DK TRANSMISSION. - SYSTÈMES DE DISTRIBUTION 449
En ce qui* concerne le nombre de parafoudres à installer sur une ligne pour qu'elle soit protégée efficacement, il n*est pas possible de donner des indications, précises, parce que le nombre des appareils à installer varie suivant les diverses conditions atmosphériques des régions traversées par la ligne. Si la ligne, sur tout son parcours, est en plaine, il* suffit d'un petit nombre de parafoudres pour la protéger; bien entendu, indépendamment des parafoudres installés aux deux extrémités, qui sont toujours absolument nécessaires. Si, au contraire, la ligne traverse des cours d'eau, suit des vallées, franchit des collines, en un mot si son tracé est très accidenté, il faut multiplier les moyens de protection contre les décharges atmosphériques et des groupes de parafoudres, un par conducteur, doivent alors Cttre installés au moins en chaque point où la ligne subit une modification, par exemple ceux où la ligne commence à monter sur una hauteur ou termine sa descente dans une vallée, ainsi que ceux où l'air ambiant a une tempé.ralure ordinairement plus basse, tels que gorges de montagne, traversées de cours d'eau, etc. ,
Quelles que soient les précautions que l'on prenne pour protéger une ligne, une machine peut toujours être atteinte par un coup de foudre, soit par suite des causes qui ont été déjà énumérées, soit par suite de la surélévation de tension qui précède le fonctionnement des parafoudres et qui peut atteindre la génératrice, augmentation de tension plus que suffisante pour causer de graves avaries. Aussi ne saurait-on trop recommander de n'employer que des alternateurs dont les enroulements soient constitués en vue de celte éventualité.
142. Systèmes de distribution. — Ce sujet est complètement traité dans tous les bons manuels consacrés à l'électrotechnique et il est parfaitement inutile de répéter ici les renseignements que l'on trouve dans ces ouvrages. On se bornera à exposer, dans ce qui suit, des principes généraux et certaines particularités relatives aux distributions par courants alternatifs.
La possibilité de rendre tous les appareils absolument indépendants et le fait que les transformateurs sont pratiquement autorégulateurs pour maintenir une tension constante, donnent au système de distribution en dérivation une suprématie incontestable. Dans ce système de distribution, tous les transformateurs sont montés en dérivation sur la canalisation principale et tous les appareils d'utilisation sont également placés en dérivation sur les circuits secondaires des transformateurs, ce qui n'empêche pas qu'un certain nombre de récepteurs puissent être montés en tension sur un circuit secondaire de transformateur. C'est ce qui se produit, par exemple, pour Téclairage électrique public à arc ou à incandescence, parce que, pour un circuit donné, le nombre de lampes reste toujours le môme et qu'il est plus économique, au point de vue des frais d'installation, de monter les lampes en tension. Toutefois, avec ce mode d'installation, il est nécessaire de prendre C3rtaines précautions (§ 49) pour le cas où le nombre de lampes viendrait à varier par suite de dérangements, par exemple, dans une ou plusieurs des lampes installées.
Un point très important à calculer dans toute installation est le nombre de transformateurs nécessaires ainsi' que la puissance qu'ils doivent avoir pour alimenter tous les appareils récepteurs d'une zone déterminée. Généralement, les moteurs do grande puissance sont alimentés par im transformateur spécial et la question à résoudre se borne à déterminer si, pour les lampes et les petits moteurs à alimenter dans la zone à desservir, il convient d'avoir une sous-stalion unique dans laquelle sont installés un certain nombre de petits transformateurs que l'on met successivement en charge suivant les besoins, ou d'installer un certain nombre de transformateurs, chacun d'eux desservant un petit groupe de consommateurs, ou, enfin, d'affecter un transformateur à chaque abonné.
On ne peut, à première vue, indiquer quelle est la solution qu'il convient d'adopter, parce qu'il faut tenir compte des circonstances particulières à chaque installation qui interviennent pour modifier la solution du problème: extension de la zone
& desservir, importance de la consommation de chaque abonné, coût de l'énergie électrique, nature de la canalisation (aérienne ou souterraine).
On va examiner successivement les diverses solutions qui viennent d'être indiquées, en supposant toujours qu'il s'agit d'alimenter des lampes et des petits moteurs et en faisant ressortir chaque fois les avantages et les inconvénients de la solution examinée, afin de pouvoir adopter, en connaissance de cause, celle qui parait la plus convenable.
En n'installant qu'une sous-station unique pour la transformation du courant à haute tension de la ligne en. courant à basse tension, le nombre et la puissance des transformateurs sont réduits au minimum. En effet, dans toute installation d'une certaine importance, le nombre de lampes et de petits moteurs qui se trouvent simultanément en fonctionne dépasse jamais 60 à 65 0/0 de la totalité des appareils installés. Il suffit donc, dans ces conditions, que le ou les transformateurs aient une puissance suffisante pour alimenter ce nombre d'appareils; mais il convient aussi de ne pas oublier que, la charge subissant de très grandes variations aux diflerentes heures de la journée, il est possible de surcharger le ou les transformateurs pendant le petit nombre d'heures où la charge est maximum.
Lorsqu'il y a plusieurs sous-stations pour alimenter les diverses zones et que la nature et les variations de charge sont presque identiques pour chacune d'elles, en réglant convenablement la tension à la station génératrice, il est possible de maintenir une tension presque constante dans le réseau secondaire de distribution.
Tels sont les avantages que présente l'installation de sousstations uniques pour chaque zone à desservir. 11 faut aussi remarquer que, dans ce cas, les transformateurs ont leur rendement maximum, parce qu'il est alors possible d'utiliser un ou plusieurs transformateurs de grande puissance dont le rendement est toujours plus élevé et que, d'autre part, les pertes sont réduites au minimum, puisque le nombre de trans-
formateurs est également réduit au minimum. Ce mode de procéder n'empêche pas, du reste, d'uliliser un transformateur de faible puissance aux heures de la journée où la charge est la plus petite.
En installant plusieurs transformateurs dans les sousstations pour pouvoir faire varier le nombre -de ces appareils mis en service d'après les variations de charge, il est indispensable, au moins à certaines heures, de surveiller l'installation. En effet, lorsqu'on met en service un transformateur en reliant son primaire au réseau à haute tension, Topéralion ne peut se faire qu'à la condition que le circuit secondaire soit ouvert, parce que, au moment oii s'établit la communication entre le primaire et la ligne, la tension aux bornes du secondaire peut atteindre une valeur très élevée, deux à trois fois la tension normale, et les lampes alimentées seraient brûlées si le circuit secondaire était fermé. Ce phénomène est trop complexe pour être discuté ici, mais il convient de signaler que le cas le plus défavorable est celui où, au moment de la mise en circuit du primaire, la tension atteint sa valeur maximum. Le régime de la tension aux bornes du secondaire est atteint très vite, après 10 à 15 périodes au plus. C'est ce qui explique la nécessite de surveiller l'installation lorsque lestransformateurs doivent ôlre mis successivement en charge suivant les besoins. Toutefois, il est plus économique de laisser hors circuit plusieurs transformateurs lorsqu'ils deviennent inutiles par suite de la diminution de la charge, car cette économie compense largement les frais de surveillance.
Lorsque l'installation ne comporte qu'une seule sous-station pour alimenter une zone déterminée, l'importance de la ligne à haute tension est réduite au minimum, tandis que le réseau de distribution à basse tension prend une importance très grande. La quantité de, cuivre h employer pour établir ce dernier atteint son maximum et l'on ne peut, a priori, déterminer d'une façon définitive Tinfluence exercée par le développement de ce réseau de distribution sur les frais de premier
établissement de toule rinstallation ainsi que sur les dépenses, d'exploitation, la canalisation pouvant être établie aussi bien avec des conducteurs aériens qu'avec des conducteurs souterrains; toutefois, une canalisation souterraine est toujours plus coûteuse qu'une canalisation aérienne.
Lorsque chaque consommateur est desservi par un transformateur spécial, ce qui est le cas limite opposé au précédent, l'importance du réseau secondaire est alors réduite au minimum, mais celle du réseau primaire augmente proportionnellement. La quantité de cuivre à employer dans les canalisations est, par suite, la plus faible possible. Mais, par contre, Je nombre de transformateurs à installer est très grand et leur puissance ne peut plus ôtro réduite à 60 0/0 de la puissance des lampes ou petits moteurs installés, car chaque consommateur doit être desservi par un transformateur de puissance suffisante pour alimenter toute son installation. Dans <îes condilions, Tinslallation est constituée par un très grand nombre de transformateurs, généralement de faible puissance, «t, par suite, ayant. un faible rendement et consommant une quantité relativement élevée de courant magnétisant. Comme «es transformateurs restent constamment en circuit, on comprend que le facteur de puissance de toute l'installation doit être toujours faible et que le rendement des machines de la station génératrice soit extraordinairement abaissé. Ce système •de distribution n'est donc pas à recomma^nder, à cause des •dépenses de premier établissement et des dépenses d'entretien plus considérables qu'il entraîne, aussi n'est-il guère plus -employé actuellement.
Le système, consistant à installer de petits centres de distribution, munis chacun d'un transformateur pouvant alimenter un certain nombre d'abonnés, constitue une solution intermédiaire excellente dans la plupart des cas et principalement lorsque le réseau* de distribution est établi avec des câbles souterrains comme dans la plupart des villes d'une certaine importance. Toutefois, on ne peut prévoir à Tavance le développement que pourra prendre l'installation et, par suite, on
ne peut calculer exactement le réseau secondaire de distribution. Lorsqu'il devient nécessaire de modifier ce dernier, Topération est des plus faciles si la canalisation est aérienne, mais elle est difficile et très coûteuse si elle est souterraine.
Ce système de distribution présente, il est vrai, l'inconvénient de laisser continuellement en circuit le primaire des transformateurs, mais il n'exige pas de grandes dépenses de premier établissement, carTinstallation du réseau de distribution peut être développée peu à peu, à mesure des besoins, et Ton peut aussi remplacer un transformateur dont la puissance est devenue insuffisante par un autre plus puissant, en utili-
„ Huri
Fio. 258.
FiG. 2o9.
sant dans un autre centre de distribution celui que Ton a remplacé.
La régulation de la tension avec ce mode de distribution s'effectue moins bien qu avec le précédent; mais, en établissant un point central ou centre de distribution, d'où rayonnent les dérivations reliant la ligne primaire aux divers transformateurs et en maintenant constante la tension en ce point, les variations de tension qui peuvent affecter les lampes oscillent entre 2 et 3 0/0 et sont, par conséquent, très acceptables. Il convient d'ajouter que ces limites de variation de tension dépendent aussi du type de transformateur choisi, car, si la dispersion est notable (§ 80), la chute de tension peut l'être également.
Lorsque l'installation est à courants triphasés, on peut se demander sr la distribution doit être établie avec trois conducteurs seulement, en montant les lampes en triangle (fig, 258), ou avec quatre conducteurs (/îy. 259), en reliant les lampes, d'une
part, h un fil neutre et, d'autre part, à Tun des trois conducteurs aboutissant aux divers enroulements secondaires de transformateurs montés en étoile, le centre de Tétoile des transformateurs étant relié aux lampes par Tintermédiaire du fil neutre, afin d'assurer leur indépendance.
La régulation s'effectue un peu mieux avec le montage en étoile qu'avec le montage en triangle ; mais, en pratique, on peut dire qu'à ce point de vue les deux systèmes sont équivalents, surtout si les transformateurs sont du type triphasé, parce qu*alors il se produit, "dans certaines limites, une compensation entre les tensions, lorsque les charges ne sont pas réparties uniformément (Voir § 80). Toutefois, avec le mpntage en étoile, on peut réaliser une économie notable du poids de cuivre nécessaire pour constituer la canalisation.
En etfet, avec trois conducteurs (montage en triangle), la différence de potentiel entre deux conducteurs quelconques doit être la même que celle qu'exigent les lampes pour leur fonctionnement ; soit, par exemple, 100 volts. Avec le système à quatre conducteurs (montage en étoile), la différence de potentiel entre un des conducteurs et le fil neutre doit être également de 100 volts, mais la tension entre deux des conducteurs du système triphasé est égale à
100 \/3 = 173 volts.
Donc, la distribution s'effectue sous une tension de 73 0/0 supérieure à celle que Ton obtient avec le montage en triangle; l'intensité du courant dans la ligne est réduite dans le rapport
et il s'ensuit qu'à égalité de pertes dans la canalisation, le poids de cuivre des conducteurs est fortement diminué, quoiqu'il y ait un quatrième conducteur. Comme ce quatrième conducteur ne donne passage qu'aux courants provenant des différences de charge entre les trois phases, l'intensité de ces
courants est, en réalité, peu considérable lorsque Tinslallation a été bien étudiée et Ton peut utiliser un fil de section assez faible.
Un calcul très simple permet de constater que si, pour alimenter un groupe de récepteurs, sous une tension déterminée, avec un courant alternatif simple, il faut pour les conducteurs un poids de cuivre égal à 100, avec des courants triphasés et le montage en triangle avec trois conducteurs, le poids.de cuivre nécessaire pour transmettre la même quantité d'énergie, les pertes en ligne étant les mêmes, n'est plus que de 72,9; enfin, avec 4 conducteurs et le montage en étoile, toutes choses égales d'ailleurs, le poids de cuivre nécessaire est respectivement de H3,3 et de 29, 17 suivant que le fil neutre a une section égale à colle des autres conducteurs ou une section moitié plus petite.
On conçoit que les avantages que présente ce dernier système ne sont pas négligeables, mais il convient de signaler que ces avantages peuvent parfois être illusoires. Un quatrième fil entraîne pour sa pose des dépenses plus considérables que lorsqu'il n'y a que trois fils et, du fait que la tension est aussi plus grande, il y a encore une augmentation de dépenses pour obtenir un bon isolement. C'est pourquoi, ce système est très souvent adopté pour les distributions avec canalisation aérienne, mais beaucoup plus rarement lorsqu'il s'agit de canalisations souterraines.
Pour terminer ce qui a trait aux systèmes de distribution, il faut faire remarquer que l'installation de moteurs sur un réseau d'éclairage exige des précautions spéciales afin d'éviter de notables variations de tension au moment du démarrage ou de l'arrêt des moteurs, surtout lorsque ces moteurs sont alimentés par les mêmes transformateurs que les lampes.
Un moyen efficace d'évitar cet inconvénient consiste à utiliser un rhéostat de démarrage dont la manœuvre exige un certain temps, par exemple en le commandant par l'intermédiaire d'une vis sans fin; de même, au moment de l'arrêt du moteur, on manœuvre le rhéostat de la môme manière avant de couper
LIGNES DE TRANSMISSION. - SYSTÈMES DE niSTRIBL'TION 457
le circuit. Ce dispositif ne peut pas toujours ôtre employé, par exemple pour les moteifts qui commandent les ascenseurs, car il entraîne des complicTations qu'irfaut,dans ce cas, éviter absolument.
Lorsqu'on veut établir un réseau de distribution d'éclairage absolument à Tabri de toute» variations de tension, ilest indispensable d'alimenter* les moteurs par une canalisation distincte.
143. Modèles de câbles pour courants alternatifs/ — Les câbles utilisés pour les installations à courants alternatifs •sont à un ou plusieurs conducteurs; dans ce dernier cas, les conducteurs sont concentriques ou câblés.
Lorsque les câbles sont à un seul ^conducteur, iten faut au moins deux pour transmettre un courant et Ton peut réduire les phénomènes d'inductance en le* plaçant aussi près que possible- Tun de Tautre. Si les câbles sont armés, c'est-à-dire entourés de rubansd'acier, les phénomène^d'inductance peuvent ators être a^ez considérables, parce que la grande perméabilité du ferrend ladensité.des lignes de force beaucoup plus grande dans Tespace compris entre les axes des deùx.conductevirs.
Pratiquement, on arrive à nntiuler les phénomènes d'inductance en disposant conccntriquement les deux conducteurs dans un même câble^ parce que, d^ns ces conditions, les llux développés par les courants alternatifs sont égaux et de directions opposées dans tout l'espace qui entoura les conducteurs. Mais la capacité électrostatique de ces câbles est loin d'être négligeable et peut dojiner lieu à des phénomènes de résonance (§45).
L'es câbles à deux conducteurs câblés autour d'une âme en matière isolante ne sont pas entièrement dépouryus d'inductance, mais ont la propriété de réduire considérablement 'la capacité, parce que lesconducteurs, se trouvant ainsi en regard l'un de l'autre, ne s'y trouvent feulement que suivant deux génératrices. Ces câbles sont d'un prix moins élevé que les câbles concentriques et la différence de prix est encore plus considérable lorsqu'il s'agit de câbles pour couranls triphasés.
La soudure des conducteurs dans les boites de jonction ou de dérivation est beaucoup plus facile avec ce type de câbles, aussi sont-ils généralement employés aujourd'hui.
Dans les grandes distributions d'énergie électrique à courants alternatifs comportant des câbles concentriques souterrains ayant plusieurs dizaines de kilomètres de développement, comme à Londres et à Francfort-sur-le-Mein,on â constaté, à plusieurs reprises, que des câbles avaient été foudroyés. Ces accidents sont causés par des surélévations subites de tension dues à des phénomènes de résonance : TisoiaDt du câble compris entre le conducteur extérieur et l'armature métallique est percé par une étincelle disruptive et, par suite, une certaine longueur de conducteur est mise hors de service.
L'expérience a prouvé que, quelle que soit la valeur de la résistance d'isolement du conducteur extérieur par rapport à la terre, la différence de potentiel enfi-e ce conducteur et la terre est sensiblement nulle. Des deux conducteurs d'un câble concentrique, seul le conducteur central a donc un potentiel élevé par rapport à la terre. On a profité de cette particularité, dans les installations de distribution faites avec des câbles concentriques, pour relier tous les instruments de mesure (ampèremètres, wattmètres, compteurs) au condi^cteur extérieur. On a aussi utilisé cette propriété pour prendre kur ce conducteur les contacts nécessaires pour effectuer, pendant que la ligne est en charge, les mesures de résistance d'isolement de l'ensemble de l'installation, alternateurs et Iraùsformateurs compris.
On pourrait aussi mettre â profit cette propriété jpour donner à l'isolant extérieur une épaisseur plus faible, si la différence de potentiel entre le conducteur extérieur et l'enveloppe en plomb du câble, presque nulle dans les conditions normales, ne devenait parfois très considérable lorsque des phénomènes de résonance viennent à se produire; c'est pourquoi ce conducteur extérieur doit être toujours parfaitement isolé.
Ces surélévations de tension peuvent également se produire lorsque, en un point du conducteur central qui aboutit au pri-
maire du transformateur, il se forme une perfeà la terre et que, malgré la fusion des coupe-circuit de sûreté, le transformateur reste sous tension, son secondaire étant en communication avec les secondaires des autres transformateurs, dont les primaires sont alimentés par d'autres câbles que celui sur lequel s'est produit le dérangement. Ce cas se présente rarement, surtout si le réseau est très développé.
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Fio. 260.
Plus fréquemment peuvent se produire des phénomènes de résonance par suite de la rupture, voulue ou accidentelle, du conducteur extérieur d'un câble concentrique relié à la borne d'un transformateur, lorsque, au moment où se produit l'interruption, il y a une longueur considérable de câble entre le point de rupture et la borne du transformateur. Soient par exemple un câble principal à haute tension, R {fig. 260), et une longueur de câble, /, amenant le courant èi un transformateur T. En S se trouve une boîte de jonction pourvue d'un interrupteur ou, plus simplement, de coupe-circuit fusibles. L'armature des câbles, en contact avec la terre, constitue avec le con-r ducteur extérieur e un condensateur dont la capacité augmente avec la longueur des câbles. Soient Cg la capacité (§ 42) de la ligne principale R et Cj celle du câble de dérivation /.
Si on suppose maintenant qu'il se produise en S une interruption du conducteur extérieur, le courant, partant de l'alternateur, arrive au primaire du transformateur par le conducteur central «, traverse l'enroulement du circuit primaire et revient parle conducteur extérieur du câble/; mais, par suite de l'interruption existant en S, le courant, pour arriver dans le
câble R, est oblig*^ de passer par le condensateur C,, la terre at le condensateur C^ pour retrouver le conducteur extérieur de R. Dans ces conditions, les deux capacités sont en série avec le transformateur et avec la génératrice et comme ceux-ci, le transformateur principalement, présentent une self-induction considérable, Ton se trouve dans les conditions signalées dans le paragraphe 42 qui, comme on Ta vu, peuvent donner lieu à une considérable surélévation de la tension. L'isolement du condensateur C|, dont la capacité est relativement faible par rapport à celle du condensateur Co, peut alors ^trc fortement compromis, parce que, pour charger le condensateur avec une quantité déterminée d'électricité y, la différence de potentiel U entre les deux armatujes devra être d'autant plus grande que la capacité C est plus petite :
q = eu (Voir § il).
11 est probable que, dans ces conditions, l'isolant interposé entre le conducteur extérieur et la terre soit rompu et que le cable / soit, comme on dit, foudrot/é.
On peut éviter la production d'un pareil accident en ne plaçant aucun interrupteur ou coupe-circuit fusible sur le conducteur extérieur, en ayant soin de couper d'abord le circuit du conducteur central. Pour la môme raison, lorsqu'on veut relier une certaine longueur de câble pour établir une dérivation, il faut toujours relier d'abord le conducteur extérieur. Toutefois, on ne peut éviter qu'il se manifeste des phénomènes de résonance s'il se produit iine perte accidentelle à la terre sur le conducteur central, comme on Ta déjà dit.
144. Interrupteurs et fusibles de sûreté pour installations à haute tension. — Dans toute installation électrique, on place un tableau de distribution entre les génératrices et la ligne et souvent aussi entre cette dernière et le réseau de distribution, ces tableaux portant les divers appareils de marche, de régulation et de contrôle, ainsi que les instruments de mesure.
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L'importance de cet organe accessoire de toute installation augmente évidemment avec Fimportance de Tinstallation ellemême. I/installation de ces tableaux doit être fajte avec des soins minutieux et être Tobjet de précautions spéciales, parce que, avec l'emploi de très hautes tensions, certains accidents,, qui présentent peu d'importance dans une installation à basse tension, peuvent prendre une importance considérable, donner lieu à de graves accidents et parfois même causer aussi une destruction partielle du tableau.
La construction des tableaux de distribution a été Tobjet, da la part de certaines maisons, d'études très consciencieuses; leur installation a reçu en ces dernières années de grands perfectionnements. Il aurait fallu consacrer ici uti chapitre spécial à cet important sujet, mais une description, pour si bien faite qu'elle fût, ne pourrait donner tous les détails nécessaires^ que le lecteur peut trouver dans toutes les revues d'électricité où se trouvent décrites les installations Içs plus récentes. C'est pour cela que, dans ce paragraphe, il ne sera question que des interrupteurs et des coupe-circuit de sûreté en ce qui concerne les conditions qu'ils doivent remplir pour être utilisés dansune installation à haute tension.
Les coupe-circuit de sûreté servent à interrompre un ciiHîuit lorsque l'intensité du courant prend des. valeurs anormales. Les interrupteurs permettent de couper un circuit lorsque cela est nécessaire, même lorsque ce dernier se trouve à pleine charge. Lorsque l'intensité du courant est très grande et principalement lorsque la tension est très élevée, l'étincelle de rupture qui se produit au moment de l'interruption peut donner lieu à la formation d'un arc permanent. La longueur et la grosseur de cet arc dépendent de la tension, de l'intensité efficace du courant, de sa fréquence, de la nature des métaux entre lesquels l'arc s'établit, les vapeurs métalliques qui se produisent pouvant être bonnes conductrices, com)ne c'est le cas pour le cuivre, ou mauvaises conductrices, comme c'est le cas pour le zinc; la longueur et la grosseur de cet arc dépendent aussi de la position daus laquelle il s'est formé, un arc hori-
montai se maintenant plus difiiciiement qu\in arc vertical à cause du courant d'air chaud ascendant qui se produit et qui tend à Tinlerrompre.
Pour donner une idée de la longueur des arcs qui peuvent se produire à la rupture d'un circuit, il suffit de dire qu'avec une tension de 3 000 volts et un courant de 150 ampères d'intensité, l'arc permanent a 1 mètre de longueur ; un courant de 80 ampères sous 7000 volts donne naissance à un arc de 1,60m de longueur; enfin, un courant d'intensité modérée sous "20 000 volts produit sans difficulté un arc de 2 mètres de longueur.
Ces arcs sont très mobiles et se déplacent sous Teffet du moindre couralit d'air; c'est pourquoi ils détruisent tout ce ijui se trouve autour d'eux et, ce qui est beaucoup plus grave, ils peuvent provoquer la formation de nouveaux arcs s'ils viennent à rencontrer d'autres conducteurs sous tension. Dans ces conditions, il n'est pas étonnant qu'un seul arc, produit par la fusion d'un coupe-circuit, ait causé la destruction complète d'un tableau de distribution.
En règle générale, il faut avant tout n'utiliser que des matériaux incombustibles, marbre et fer, dans la construction des tableaux et avoir soin d'installer les interrupteurs et les fusibles de sûreté aussi loin que possible d-es rhéostats, instruments de mesure, etc. C'est pour cela que, dans les grandes installations, les interrupteurs sont placés dans un local convenable, assez spacieux, où on peut facilement les surveiller et les éloigner les uns des autres ; on les* manœuvre à distance, à partir du tableau, à l'aide d'une transmission à levier ou à air comprimé ou encore à l'aide de moteurs électriques ; dans ce dernier cas, il est nécessaire que les interrupteurs soient pourvus de ressorts très énergiques afin d'obtenir une interruption très brusque. Dans tous les cas, les interrupteurs doivent ôtre disposés de manière qne l'arc se forme horizontalement plutôt que verticalement. Pour éviter la formation d'arcs dangereux, on peut produire l'interruption simultanément en plusieurs points ou bien encore produire l'internip-
tign dans rhiiile, qui a de grandes propriétés isolantes et qui, par suite, empoche Tare de se maintenir, parce que l'interruption une fois produite, les deux points qui se trouvaient primitivement en contact sont alors séparés Tun de l'autre par une distance supérieure à celle qui, dans Thuile, correspond à la distance explosive.
Gn utilisant les interrupteurs à huile, on peut, sans aucun danger, couper un circuit en charge; tout ce qui peut arriver, c'est que l'huile soit violemment projetée. Pour couper un circuit qui n'est pas en charge, un interrupteur ordinaire proportionné à la tension est largement suffisant; on peut aussi, dans ce cas, utiliser un simple coupe-circuit.
L'emploi de l'huile présente non seulement l'avantage d'empêcher la formation d'arcs dangereux, mais aussi celui de réduire l'importance des surélévations de tension (§ 140) qui peuvent s6 produire lorsqu'on emploie des appareils où Tinterruptiôn s effeclue dans Tair, fait qui s'explique par la pjius grande durée de Tare. Dans l'huile, l'arc correspondant à chaque conducteur est brusquement rompu dès que les deux pièces en contact se trouvent à très faible distance l'une de l'autre et, dans ces conditions, les génératrices sont complètement isolées de la ligne. Au contraire, avec les interrupteurs ordinaires, l'arc subsiste pendant un temps plus ou moins long et pendant sa durée les génératrices restent reliées à la ligne à travers l'arc ; c'est pourquoi Tinduclanco de la ligne s'augmente de celle des génératrices et, par suite, l'énergie électromagnétique se transforme en énergie électrostatique, à cause des perturbations qu'enjraîne le fonctionnement d'un interrupteur lorsqu'il est parcouru par un courant d'une certaine intensité. Lorsque les lignes de transmission ont une grande longueur, que la tension est très élevée et que la puissance transmise est considérable, l'emploi des interrupteurs à huile est indispensable.
Il y a lieu de remarquer qu'en voulant brusquement supprimer la tension sur une ligne, on peut mettre en court circuit simultanément le circuit d'excitation de toutes les
génératrices; on court ainsi le risque de produire l'emballement de toutes les machinés, comme si Ton interrompait brusquement le courant avec l'interrupteur général de ligne.
Dans les installations qui comportent des transformateurs élévateurs de*tension, jnstallés dans l'usine génératfice, on emploie souvent un seul transformateur pour chaque alternalelir et alors tou^ l'es interrupteurs, les coupe-circuit et les instruments de mesure sont installés sur le circuit à basse tension ; dans ce casy sur le circuit à haute tension du transformateur, directemeiit relié à la ligne, on intercale seulement deux coiy)e-circuit ou deux interrupteurs ordidaires. Lorsqu'on veut retirer le transformateur du circUit, on ouvre d'abord le circuit à basse tension et puis celui à- haute tension; puisque ce dernier' reçoit eixpore de la ligne le courant magnétisant, une interruption brusque pourrait donner lieu à une surélévation de tension considérable à cause de Tiliductance très élevée de l'enroulement; la manœuvre doit donc s'effectuer lentement afin que Tare qui se forme alors constitue en quelque -sorte une résistance.
Les coupe-circuit sont des interrupteurs automatiques ou des coupe-circuit fusibles; quelquefois aussi on utilise des interrupteurs du type dit à temps.
L(»6 interrupteurs automatiques sont de véritables interrupteurs qui doivent être construits d€ manière à empêcher la formation d'arcs permanents. Généralement l'interruption se produit en deux points : dans le premier, la rupture se produit entre des contacts à large surface pour que la totalité du courant puisse passer 4^ns des . conditions normjales sans échauffement sehsible; dans le second point, se produit l'interruplion définitive entre deux blocs de charbon que Ton peut facilement remplacer. Ce dispositif est également utilisé dans la construction des interrupteurs principaux.
Les coope-circuit fusibles sont de lûodèlès très variés, chaque constructeur ayant un type spécial. Pour les très hautes tensions, le fil fusible est généralement un fil d'argent immergé dans l'huile. Ces coupe-circuit sont munis de poi-
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gnées en matière isolante afin qu'on puisse les enlever ou les mettre en place, même lorsque le circuit est en charge. Quelquefois, par suite de dispositions spéciales à Tinstallation, la fusion d'un coupe-circuit donnant lieu à la production d'un arc permanent et de grande longueur, il pourrait se produire des dégâts ; dans ces conditions les coupe-circuit doivent ^tre placés dans des compartiments ménagés dans un mur et ouverts sur le devant. Les coupe-circuit sont installés sur une seule rangée. Dans ces conditions, si un arc vient h se produire, il ne peut causer de dégâts dans Tinstallation.
Afin d'éviter que les coupe-circuit automatiques fonctionnent lorsque Tinlensité du courant dépasse momentanément sa valeur maximum, on a construit des coupe-circuit à temps dans lesquels Tinterruption ne se produit que dans le cas où Taugmentation anormale de Tintensité a une certaine durée, quelques secondes par exemple, alors que cette augmentation anormale n'est pas due à une cause momentanée, mais bien persistante. On a réalisé plusieurs types d'appareils de ce genre, mais leur description ne saurait trouver place ici.
En terminant, il convient de faire remarquer que les perfectionnements apportés jusqu'à présent à l'installation et ù la construction des tableaux de distribution à haute tension sont le résultat d'études entreprises à la suite des nombreuses imperfections et des inconvénients que présentaient et que présentent encore les anciennes installations réalisées. Comme on le voit, les progrès accomplis chaque jour contribuent d'une façon très erficace à permettre de transmettre à des distances de plus en plus grandes des quantités considérables d'énergie électrique, énergie dont les applications deviennent chaque jour plus nombreuses.
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