Modelling and simulation of the ice melting process on a current-carrying conductor = Modélisation et simulation de processus de délestage de glace par fonte sur un conducteur en présence de courant

摘要

L'objectif général de cette thèse de doctorat est de développer des modèles mathématiques permettant d'évaluer l'énergie requise pour le dégivrage thermique par effet Joule des conducteurs aériens de transport de courant et ainsi prévenir la formation de glace dans des conditions météorologiques et de transmission électrique variées. Les prédictions de ces modèles analytiques ont été validées expérimentalement dans le but d'évaluer la puissance prédictive de ces modèles.ududPremièrement, un modèle a été établi pour calculer l'intensité de courant minimum nécessaire pour empêcher la formation de glace sur un conducteur de ligne à haute tension. Des coefficients de correction, tenant compte de d'eau de ruissellement sur la surface du conducteur, de même que la dérivation du film d'eau à partir de l'état d'équilibre thermique, ont été introduits pour trois conducteurs spécifiques. Les résultats des modèles s'accordent bien avec les observations effectuées dans des conditions correspondantes simulées dans une soufflerie réfrigérée. Afin de compléter le modèle, il était nécessaire d'évaluer le coefficient moyen de transfert de chaleur pour les conducteurs toronnés. Ce coefficient a été obtenu pour des conducteurs nus de lignes aériennes avec différentes géométries de surface, en utilisant des mesures et des simulations numériques.ududDeuxièmement, un modèle basé sur le principe des différences finies a été développé pour calculer le courant et l'énergie requis pour le dégivrage des conducteurs partiellement couverts de glace. Deux types de chauffage thermique par effet Joule ont été analysés, le courant alternatif et le courant d'impulsion, et ce, pour un grand nombre de paramètres atmosphériques. On a trouvé que ceux deux techniques de chauffage peuvent être utilisées selon des stratégies différentes dépendamment du temps d'interaction nécessaire au cours du processus d'accumulation de glace. Afin de compléter le modèle, il a fallu évaluer la conductivité thermique radiale équivalente des conducteurs toronnés par le moyen de modèles théoriques avec validation expérimentale.ududTroisièmement, des approches analytiques validées expérimentalement ont été proposées afin de déterminer le temps et l'énergie nécessaires pour le dégivrage d'un conducteur complètement recouvert de glace en utilisant la chaleur dérivée d'un courant alternatif nominal augmenté. Cette procédure peut donner une estimation rapide de la chaleur par effet Joule exigée pour enlever totalement la glace autour d'un conducteur en fonction des différents paramètres l'influençant.ududEn conclusion, cette thèse propose des modèles mathématiques validés expérimentalement, qui peuvent être utilisés efficacement pour calculer le courant et l'énergie requis pour le dégivrage des conducteurs à haute tension ou pour prévenir l'accumulation de glace sur ceux-ci.ud