Etude expérimentale de l’échauffement de câbles électriques en fonction de la configuration d’installation

En vue de l’électrification progressive des aéronefs pour des raisons de fiabilité des équipements électriques ainsi que environnementales, une augmentation conséquente du nombre de câbles déployés à bord des avions a été identifiée, aussi bien de signaux que de hautes tensions. Les contraintes de compatibilité électromagnétique (CEM) et thermiques liées à l’architecture électrique s’avèrent donc de plus en plus critiques. Une étude menée au sein des départements DEMR et DMPE de l’ONERA a montré l’intérêt de développer un modèle unifiant les deux physiques pour analyser les performances du câblage tant du point de vue fonctionnel que CEM. La modélisation numérique de l’échauffement des câblages nécessite la prise en compte du couplage électromagnétique-thermique, au travers de la dépendance de la résistance électrique des conducteurs avec la température. En se basant sur une description topologique du réseau électrique, le modèle couplé vise à résoudre le modèle électromagnétique permettant de déterminer les paramètres électriques primaires d’une ligne de transmission et de calculer les courants électriques dans les câbles, ainsi que le modèle thermique dédié au calcul de l’échauffement des câbles par effet Joule. L’objet de ces travaux est de déterminer l’influence d’un environnement proche des câbles sur leur capacité à se refroidir par convection naturelle. Par exemple, on comprendra aisément qu’un câble nu et un câble en fond de goulotte n’atteindront pas les mêmes températures, toutes choses égales par ailleurs. A partir des résultats expérimentaux, l’objectif est d’évaluer le coefficient d’échange thermique qui permet de calculer les pertes thermiques autour des câbles dans le cadre des modélisations numériques. Ce coefficient d’échange dépendra notamment de la disposition des câbles et de la présence éventuelle de goulottes. Les travaux expérimentaux présentés font suite à ceux de la thèse de Florian Mahiddini (2018) et se décomposent en deux parties. La première partie consiste à caractériser précisément la résistance électrique du câble aéronautique de puissance de gauge AWG 4, en fonction de sa température. Le banc de caractérisation et tous les moyens de mesure mis en œuvre sont décrits. Trois essais ont été réalisés et exploités. Une analyse d’incertitude est menée pour connaître la précision des paramètres identifiés. Dans un deuxième temps, l’échauffement de ce câble est étudié pour différentes configurations d’installation : câble seul en espace libre, deux câbles torsadés en espace libre, quatre câbles fixés sur un plan de masse par des brackets. Les moyens expérimentaux mis en œuvre sont présentés : mesures des températures de surface du câble, température de l’air dans la cavité d’essais et alimentation électrique (courant, tension) pour connaître la puissance générée. Une campagne d’essais pour chaque configuration a été effectuée. Les mesures sont enregistrées en continu, pour différents paliers de courant électrique. Les grandeurs moyennes sont extraites pour chaque palier, en conditions stabilisées. Les résultats de ces mesures sont détaillés et analysés. Cela conduit à définir des corrélations pour le coefficient d’échange convectif pour les différentes configurations d’installation. Ces résultats sont comparés aux valeurs théoriques fournies par les normes de dimensionnement des câbles électriques. Enfin les corrélations obtenues pourront par la suite être intégrées au modèle thermique.