Un système électrique est la plus grande machine interconnectée jamais conçue par l’humanité. Avec une demande croissante d’approvisionnement en électricité, les systèmes électriques sont devenus plus grands et plus complexes.
Auparavant seulement, les centrales électriques telles que les centrales thermiques, les centrales hydroélectriques ou les centrales à turbine à gaz étaient utilisées pour convertir d’autres ressources énergétiques en électricité.
Cependant, de nos jours, les ressources énergétiques renouvelables sont utilisées comme générateurs distribués, augmentant ainsi la complexité du système électrique.
En raison de sa complexité, les pannes du système électrique sont inévitables.
Avec l’augmentation de la complexité, la protection du système électrique a également eu un impact négatif et il est plus difficile que jamais de protéger complètement un système électrique et tous ses équipements contre tous les types de défauts et de conditions anormales.
Aucun système d’alimentation ne peut être conçu de telle manière qu’il ne tomberait jamais en panne. Dans le langage des ingénieurs de la protection, ces défaillances sont appelées des défauts.
La protection du système d’alimentation traite de la manière de prévenir les pannes et d’atténuer les conséquences des pannes.
Types de défauts du système d’alimentation
Défauts en série
Les défauts en série ne sont rien d’autre qu’une rupture dans le trajet du courant. Normalement, de tels défauts n’entraînent pas de catastrophes, sauf lorsque le conducteur rompu touche d’autres conducteurs ou une partie mise à la terre.
Cependant, il existe des cas où un circuit ouvert peut avoir des conséquences dangereuses.
Par exemple, le circuit secondaire d’un transformateur de courant et le circuit de champ d’une machine à courant continu s’ils sont en circuit ouvert peuvent avoir des conséquences dangereuses.
Défauts shunt (courts-circuits)
Lorsque le trajet du courant de charge est coupé en raison de la rupture de l’isolation, nous disons qu’un « court-circuit » s’est produit. L’isolant peut tomber en panne pour diverses raisons.
Causes des défauts de shunt
Les défauts shunt sont essentiellement dus à la défaillance de l’isolation. L’isolation peut échouer en raison de son propre affaiblissement ou en raison d’une surtension.
L’affaiblissement de l’isolation peut être dû à un ou plusieurs facteurs tels que le vieillissement, la température, les conditions météorologiques, c’est-à-dire la pluie, la grêle, la neige, etc., la pollution chimique, les corps étrangers et certaines autres causes. La surtension peut être soit interne (due à la commutation) soit externe (due à la foudre).
Effets des défauts de shunt
Dans un système électrique isolé, les courants de défaut en régime permanent ne seraient pas très préoccupants car ils sont trop faibles pour causer des dommages.
Cependant, dans un système électrique interconnecté, tous les générateurs (et même les moteurs) contribueront au courant de défaut, augmentant ainsi la valeur du courant de défaut à quelques dizaines de fois le courant normal à pleine charge.
Les défauts provoquent le passage de courants importants. Si ces courants de défaut persistent même pendant une courte période, ils causeront des dommages importants à l’équipement qui transporte ces courants.
Les surintensités, en général, provoquent une surchauffe et un danger d’incendie. La surchauffe provoque également une détérioration de l’isolation, la fragilisant ainsi davantage.
Les transformateurs sont connus pour avoir subi des dommages mécaniques à leurs enroulements, en raison de défauts.
Impact des défauts dans le système électrique interconnecté
Dans un système interconnecté, il y a une autre dimension à l’effet des défauts. Les générateurs d’un système électrique interconnecté doivent fonctionner en synchronisme à tout instant.
La puissance électrique délivrée par un alternateur à proximité du défaut chute fortement.
Cependant, la puissance mécanique absorbée reste sensiblement constante à sa valeur avant le défaut. Cela provoque l’accélération de l’alternateur.
Qu’est-ce que l’opération de réouverture ?
Ces défauts dus au contournement de l’isolation sont souvent temporaires, c’est-à-dire que si le trajet de l’arc est autorisé à se dés ioniser, en interrompant l’alimentation électrique pendant une période suffisante, l’arc ne se réamorce pas après le rétablissement de l’alimentation.
Dans les systèmes basse tension, jusqu’à trois ré enclenchements sont tentés, après quoi le disjoncteur se verrouille.
Les tentatives répétées de refermeture, parfois, aident à brûler l’objet qui cause la rupture de l’isolation.
Dans les systèmes THT, où les dommages dus au court-circuit peuvent être très importants et la stabilité du système en jeu, un seul ré-enclenchement est autorisé.
Arc
Un court-circuit peut être un court-circuit mort, un court-circuit complètement couplé des conducteurs. Un défaut qui contourne tout le courant de charge à travers lui-même est appelé un défaut métallique ou un court-circuit partiel ; un court-circuit partiel peut être modélisé comme une résistance (ou impédance) non nulle en parallèle avec le chemin prévu du courant.
La plupart du temps, la résistance de défaut n’est rien d’autre que la résistance de l’arc qui se forme à la suite du contournement.
Classification des défauts de shunt dans le système d’alimentation
Défauts de phase et défauts à la terre dans le système d’alimentation
Ces défauts, qui n’impliquent qu’un seul des conducteurs de phase et la terre, sont appelés défauts à la terre.
Les défauts impliquant deux ou plusieurs conducteurs de phase, avec ou sans terre, sont appelés défauts de phase .
Les défauts monophasés à la terre (LG) sont les plus probables, tandis que le défaut dû à un court-circuit (voir plus) simultané entre les trois lignes, appelé défaut triphasé (LLL), est le moins probable.
De plus, la probabilité de défauts sur différents éléments du système électrique est différente.
Les lignes de transmission qui sont exposées aux aléas de l’atmosphère sont les plus susceptibles d’être soumises à des défauts. L’équipement d’intérieur est le moins susceptible d’être soumis à des défauts.
La gravité du défaut peut être exprimée en termes d’amplitude du courant de défaut et donc de potentiel de dommages. Dans le réseau électrique, le défaut triphasé est le plus grave, tandis que le défaut simple ligne-terre est le moins grave.
Conditions de fonctionnement anormales
La frontière entre les conditions normales et défectueuses n’est pas nette. Il existe certaines conditions de fonctionnement inhérentes au fonctionnement du système électrique qui ne sont certainement pas normales, mais ce ne sont pas non plus des défauts électriques.
Quelques exemples sont le courant d’appel magnétisant d’un transformateur, le courant de démarrage d’un moteur à induction et les conditions pendant l’oscillation de puissance.
Fonctionnement des relais de protection dans des conditions de fonctionnement anormales
Quelques exemples de conditions de fonctionnement anormales sont les courants de démarrage des moteurs, les courants d’appel des transformateurs et les variations de puissance stables.
En termes d’amplitude, ces courants peuvent être qualifiés de défauts, mais il n’est pas nécessaire d’en assurer la protection.
Ainsi, le système de protection doit être capable de faire la distinction entre les conditions de fonctionnement normales, les conditions de fonctionnement anormales et les défauts.
Les relais de protection peuvent-ils prévenir les pannes dans le système d’alimentation ?
Il ressort de la discussion ci-dessus que les relais de protection ne peuvent pas empêcher les défauts.
Dans une certaine mesure, les pannes peuvent être évitées en utilisant un équipement correctement conçu et entretenu.
Il est difficile d’éviter complètement les défauts électriques, mais si vous rencontrez un problème, il est recommandé de faire appel à un électricien professionnel pour une intervention de dépannage à Suresnes.
Que sont censés faire les relais de protection ?
Les relais de protection sont censés détecter le défaut à l’aide de transformateurs de courant et de tension et éliminer sélectivement uniquement la partie défectueuse du reste du système en déclenchant un nombre approprié de disjoncteurs.
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