General Formulation and Accurate Evaluation of Earth-Return Parameters for Overhead/Underground Cables

La simulation de transitoire électromagnétique (EMT) dans les réseaux électriques est devenue un outil important pour la recherche et les applications pratiques. Les outils de simulation de type EMT nécessitent des modèles de ligne / câble aérien(ne) et de câble souterrain qui sont basés sur le calcul de paramètres d'impédance série et d'admittance shunt. Ces paramètres sont calculés en utilisant des données géométriques du système de transmission et des paramètres physiques. Un aspect important dans les calculs est la formulation de l'impédance et l'admittance de retour à la terre. Premièrement, dans cette thèse, les formules nouvelles et généralisées d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont dérivées pour une ligne aérienne et un câble souterrain, en se basant sur les équations de Maxwell avec des conditions initiales et aux limites complètes. De plus, les composantes complètes du champ électromagnétique émis sur la ligne aérienne et le câble souterrain sont dérivées. Afin d'éviter les difficultés numériques de la résolution complète, les formules d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont simplifiées en adoptant les hypothèses appropriées. Ensuite, les formules approximées d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont proposées pour le câble souterrain. Grâce à l'absence d'intégrale de Sommerfeld, les formules approximées peuvent être calculées facilement. Les formules existantes telles que les formules de retour à la terre par Pollaczek et Carson se déduisent simplement si les mêmes conditions sont adoptées dans la formulation généralisée proposée. Une Green fonction modifiée de retour à la terre de la méthode Method of Moment (MoM) - Surface Admittance Operator (SO) pour la ligne / le câble aérien(ne) est aussi dérivée. La stabilité numérique du MoM-SO pour la ligne / le câble aérien(ne) est améliorée en adoptant la Green fonction dérivée. Ensuite, le concept de méthode de ligne de transmission (TL) étendue est proposé par rapport à la méthode de TL classique. En adoptant la méthode de TL étendue, l'allure des réponses en fréquence montrent des améliorations et des impacts significatifs dans les hautes fréquences pour une ligne aérienne, un câble aérien et un câble souterrain. Il est bien connu qu'il existe une transition de mode pour les lignes et les câbles aériens qui transforme l'onde de retour à la terre dans les fréquences basses en l'onde de surface dans les fréquences hautes.