Le réseau de plus en plus complexe formé par les producteurs et les consommateurs d’électricité pose des défis majeurs à l’infrastructure autrichienne de transport d’énergie. Par exemple, l’utilisation d’onduleurs et de redresseurs de plus en plus puissants dans le réseau de transport engendre des courants indésirables de très basse fréquence, appelés quasi-courants continus, qui perturbent notre réseau électrique.
L’origine de ces courants peut être non seulement le raccordement de sources d’énergies renouvelables, mais aussi les bornes de recharge pour véhicules électriques ou encore les tempêtes géomagnétiques. Les courants de défaut qui en résultent peuvent réduire sensiblement la durée de vie des transformateurs, par exemple dans les postes électriques ; dans le pire des cas, cela peut entraîner une instabilité du réseau, voire un blackout. Pour surveiller ces courants, les transformateurs de courant inductifs du commerce atteignent leurs limites en matière d’isolation, de bande passante et de saturation.
Comme solution possible, une équipe de l’Institut de mesure électrique et de systèmes de capteurs de l’Université technique de Graz (TU Graz) (chef de projet Reinhard Klambauer et doctorants Johannes Mandl, Philipp Trampitsch et Lukas Liedl), en collaboration avec l’entreprise ARTEMES GmbH, a développé un système à fibre optique. Celui-ci permet de mesurer avec précision la composante de courant continu au niveau haute tension de 220 à 380 kilovolts. Les transformateurs inductifs utilisés jusqu’ici ne mesurent que le courant total au point neutre mis à la terre, où convergent les phases du courant. Le nouveau système, quant à lui, détecte le courant continu indésirable en même temps que le courant de fonctionnement normal à différents niveaux de tension, offre une très large bande passante en fréquence et rend également visibles les perturbations haute fréquence. Grâce à sa conception compacte et à son isolation, il peut facilement être ajouté en rétrofit et installé en divers endroits au sein des installations existantes.
Des transformateurs indisponibles pendant des années
« Le problème du courant continu dans un réseau à courant alternatif, c’est qu’il amène les noyaux en fer des transformateurs à saturation magnétique », explique Werner Schöffer, PDG d’ARTEMES GmbH. « Cela peut aller jusqu’à raccourcir la durée de vie des transformateurs ou provoquer leur défaillance. S’il est possible de compenser la défaillance d’un transformateur dans un poste électrique, il faut actuellement plusieurs années pour obtenir un remplacement. En outre, dans le cas des tempêtes géomagnétiques, le phénomène ne se produit pas à l’échelle régionale. C’est pourquoi il est important de pouvoir surveiller ces perturbations en temps réel et d’intervenir de manière ciblée. »
Pour obtenir les résultats de mesure souhaités, l’équipe du projet exploite l’effet Faraday. Celui-ci décrit le comportement de la lumière polarisée dans un milieu transparent exposé à un champ magnétique, ce qui provoque une rotation du plan de polarisation de la lumière. Les champs magnétiques générés par les lignes électriques dépendant directement du courant qui les traverse, il est possible de mesurer ce courant, perturbations comprises. Pour ce faire, les chercheurs utilisent un support de bobine imprimé en 3D pour enrouler une fibre de verre autour du conducteur et y faire circuler de la lumière. Le système optique ainsi que l’électronique de traitement du signal nécessaires ont été développés en interne par l’équipe. Dans un Field-Programmable Gate Array (FPGA), les signaux optiques enregistrés sont traités en temps réel au moyen d’algorithmes propriétaires, dont on déduit la valeur du courant. Les communications critiques pour la sécurité et l’exportation des données sont gérées par un mini-ordinateur (DataHub) fourni par le partenaire du projet ARTEMES GmbH.
Tempête géomagnétique détectée avec succès
Dans le cadre d’essais sur le terrain soutenus par Austrian Power Grid AG (APG), l’équipe de recherche a déjà soumis le système avec succès à des tests de longue durée. Par exemple, grâce à la mesure du courant continu, une tempête géomagnétique a pu être détectée en temps réel le 1er janvier 2025. Lors d’autres tests, deux variantes de la méthode de mesure ont été expérimentées. La version CA est optimisée pour une large bande passante en fréquence, ce qui lui permet de détecter même les pics ou les chutes de courant transitoires de l’ordre de la microseconde, comme ceux provoqués par les onduleurs ou les appareillages de commutation. La variante CC se concentre sur la mesure précise des courants de basse fréquence, en particulier les courants continus d’origine géomagnétique. Les prochaines étapes consisteront à optimiser davantage les deux procédés en vue de leur commercialisation.
« Une fois le système pleinement opérationnel, il constituera une garantie de sécurité pour l’approvisionnement en électricité », affirme Reinhard Klambauer. « Le système à fibre optique permet des mesures haute fréquence, isolées et exemptes de saturation. Il offre donc une valeur ajoutée en matière de sécurité pour les installations énergétiques, tant en fonctionnement normal que dans des applications spécialisées. »
Soruce : TU Graz
