Protection des réseaux électriques
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2008-05-16T01:51:43Z
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[[Image:Leitstand 2.jpg|thumb|300px|right|Salle de commande d'une centrale électrique en Allemagne.]]
La '''protection des réseaux électriques''' désigne l'ensemble des appareils de surveillance et de protection assurant la stabilité d'un [[réseau électrique]]. Cette protection est nécessaire pour éviter la destruction accidentelle d'[[Poste électrique#Les différents éléments|équipements]] coûteux et pour assurer une [[alimentation électrique]] [[Panne de courant|ininterrompue]].
La plupart des [[Liste d'entreprises productrices d'électricité|systèmes]] de fourniture d’[[électricité|énergie électrique]] sont interconnectés et doivent bénéficier de telles protections.
== Description sommaire ==
[[Image:GalesbergSubstation.jpg|thumb|210px|left|Un poste de distribution électrique à Galesburg, Illinois.]]
Un réseau électrique comporte trois parties :
* Les [[centrale électrique|unités de production]], chargées de fournir l'[[énergie]] au réseau ;
* Le [[Réseau électrique|réseau de transport]] à [[ligne à haute tension|haute tension]], chargé de transporter massivement l'énergie sur de grandes distances et d'assurer l'interconnexion entre les centrales de production ;
* Les réseaux de [[distribution]] à moyenne et basse tension, chargés de livrer l'énergie aux utilisateurs.
Dans l'une ou l'autre de ces parties, chaque [[ouvrage]] peut être l'objet d'[[Problème|incidents]], tels que [[panne]], fonctionnement aberrant, [[fuite]] ou [[court-circuit]] dû à une cause externe. C'est pourquoi toute une panoplie d'appareils est installée pour éviter que ces incidents ne détruisent l'ouvrage, ou ne compromettent la qualité de fourniture d'énergie. Parmi eux, nous distinguons 3 catégories :
* Les ''[[relais électromécanique|relais]] de protection'' (ou simplement ''protections'') chargés de mettre hors tension la partie malade de l'ouvrage ou du réseau ;
* Les ''[[automate]]s'' chargés d'effectuer les manœuvres automatiquement et surtout sans délais ;
* Les ''[[équipement]]s de surveillance'' chargés de collecter des informations et de les envoyer aux personnes chargées de conduire le système.
La qualité de fonctionnement de ces appareils et plus particulièrement des [[Disjoncteur|protections]], est toujours primordiale. Elle peut cependant être appréciée de manière différente suivant que l’on s’intéresse à l’une ou l’autre des trois parties du système.
== Protection des groupes de production ==
[[Image:Centrale Shawinigan.JPG|thumb|250px|right|Unité de production à la [[Énergie hydroélectrique|centrale hydroélectrique]] d'[[Hydro-Québec]], à [[Shawinigan]].]]
[[Image:XN Power pole 01.jpg|thumb|250px|right|Pylône à haute tension.]]
Dans une centrale de production, les protections ont pour but d'éviter la détérioration des [[Générateur électrique|alternateurs]] ou [[Transformateur électrique|transformateurs]] en cas de fonctionnement dans de mauvaises conditions, générées par des défaillances internes, telles que défauts d'isolement ou panne de régulation. De telles défaillances sont rares sur des matériels correctement conçus, fabriqués, installés, entretenus et exploités, les protections n'ont à fonctionner que très exceptionnellement.
Par contre si une protection est défaillante lors d'un incident, les dommages causés à l'alternateur ou au transformateur peuvent avoir des conséquences financières importantes. Ces dernières restent internes à la [[Liste d'entreprises productrices d'électricité|compagnie de production d'électricité]] : perte de production, qui devra être compensée par des moyens de production moins économiques, sous réserve que la compagnie dispose de moyens de production disponibles, déjà synchronisés au réseau ; et bien évidemment la réparation de l'appareillage endommagé.
== Protection des ouvrages du réseau de transport ==
Sur un [[réseau électrique|réseau]] de transport, le problème se pose de manière totalement différente :
D'abord, une [[ligne à haute tension|ligne aérienne]], qui passe sur le domaine public, est périodiquement sujette à des [[court-circuit|courts-circuits]] (ou « défauts » dans le jargon de l'exploitant), dus aux coups de [[foudre]], aux arbres mal élagués, aux grues et engins de grande hauteur travaillant au voisinage, au vent, à la pollution, ...
Une bonne conception de la ligne et une bonne maintenance peuvent les minimiser, mais jamais les éliminer. Par exemple, en [[France]], sur le réseau de transport de [[Réseau de transport d'électricité|RTE (gestionnaire du réseau de transport d'électricité)]], le nombre de courts-circuits observés en moyenne pour 100 km de liaison aérienne est de 2 par an en 400 kV, 8 en 225 kV, 12 en 90 kV et 18 en 63 kV.
Par ailleurs, une ligne qui chauffe s'allonge, et son point bas, en milieu de portée, s'abaisse. Si elle n’est pas mise hors tension à temps, elle devient dangereuse pour les tiers. Les conséquences d'un dysfonctionnement des relais de protection ne sont dans ce cas pas uniquement financières, mais peuvent mettre en danger des vies humaines ! Et c'est pourquoi les systèmes de protection doivent comporter des dispositifs de secours : la défaillance d’une protection est palliée par le fonctionnement en secours de protections localisées éventuellement en d’autres points du réseau. Ceci peut conduire à la mise hors tension de plusieurs ouvrages. L’alimentation électrique de toute une région peut alors se trouver gravement perturbée.
Le fonctionnement défectueux d'une protection peut donc avoir pour conséquence la coupure d'un ou plusieurs clients, voire d'une ville entière, clients prioritaires compris. Or, l'impact de la coupure d'un client industriel ne se limite pas à l'énergie non vendue pendant la coupure ou pendant les quelques heures que le client mettra à repartir : les dommages indirects en terme de perte d'image pour le distributeur d'électricité sont désastreuses, sans parler des pertes de production pour l'industriel.
Pour minimiser le risque de telles situations, l’étude du fonctionnement des protections, normal et en secours doit donc faire l’objet d’un plan d’ensemble, dans lequel les réglages ont une importance capitale.
== Protection des ouvrages du réseau de distribution ==
Sur un réseau de distribution, les mêmes considérations peuvent s’appliquer, mais les conséquences d’un dysfonctionnement sont à une échelle moindre. C'est en général au niveau du réseau de distribution qu'on implante un plan de [[délestage électrique]].
== Notion de sélectivité ==
L'ensemble des protections d'un réseau constitue un système. La sélectivité a pour but d'isoler le plus rapidement possible la branche en défaut, et d'éviter de couper injustement des branches saines. On distingue trois types de sélectivité :
=== Sélectivité ampèremétrique ===
La sélectivité ampèremétrique repose sur des réglages de courant de déclenchement décroissant vers l'aval du réseau. Plus on est près du consommateur, plus le courant réglé sera faible. C'est la sélectivité ampèremétrique qui est par exemple utilisée dans les tableaux résidentiels (un disjoncteur général 40 ou 63 A différentiel en tête, et des disjoncteurs 10 à 32 A pour les différents équipements de la maison).
=== Sélectivité chronométrique ===
La sélectivité [[chronomètre|chronométrique]] agit indépendamment du courant. On augmente la [[wikt:temporisation|temporisation]] (généralement 300 [[Seconde (temps)|ms]]) par étage de réseau. Ainsi, on attend à chaque niveau que les niveaux avals aient le temps de couper le défaut, avant de couper une plus grande partie du réseau.
=== Sélectivité logique ===
La sélectivité logique requiert un échange d'informations entre les différents organes de protection. En effet, la première protection détectant un défaut envoie un ordre de « blocage » aux autres protections, les empêchant ainsi de déclencher.
Généralement, on utilise au moins deux des trois types de sélectivité sur les réseaux de distribution, afin d'avoir un système de protection sûr, efficace et fiable.
== Voir aussi ==
=== Liens internes ===
* [[Réseau électrique]]
=== Liens externes ===
* [http://michel.lami.free.fr protection et surveillance du réseau de transport d'énergie électrique]
Les principes de fonctionnement des différents appareils utilisés sur les réseaux de transport y sont décrits, ainsi que leurs modalités d'installation et le calcul de leurs réglages. Quelques informations sont aussi données sur les protections des groupes de production. En revanche, la protection des réseaux de distribution n'est pas abordée.
* [http://www.schneider-electric.com/cahier_technique/fr/accueil_fr.htm cahiers techniques Schneider Electric]
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