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Auteur(s)
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Denis DUFOURNET : Membre Senior de la Société des électriciens et des électroniciens (SEE) et de l’Institut américain des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE) - Chef de recherches Principes de coupure ALSTOM T & D (Transmission & Distribution)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’appareillage électrique est un élément essentiel qui permet d’obtenir la protection et une exploitation sûre et ininterrompue d’un réseau à haute tension.
Son histoire est riche d’inventions diverses, de principes de coupure performants, de technologies très variées utilisant des milieux aussi différents pour l’isolement et la coupure que l’air à pression atmosphérique, l’huile, l’air comprimé, l’hexafluorure de soufre et le vide. Des points communs subsistent cependant pendant toute son évolution :
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l’amorçage d’un arc entre deux contacts, comme principe de base pour la coupure d’un courant alternatif ;
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l’utilisation de l’énergie d’arc, pour favoriser son refroidissement et obtenir l’interruption du courant ;
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la recherche permanente de la réduction des énergies de manœuvre, afin de réaliser des appareils plus fiables et plus économiques ;
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la réduction des surtensions, générées pendant leur fonctionnement, grâce à l’insertion de résistances de fermeture ou par la synchronisation des manœuvres par rapport à la tension.
Il est intéressant de noter que la technique de coupure par autosoufflage, qui vient de s’imposer pour les disjoncteurs SF6 à haute tension, avait déjà été envisagée dès les années 1960. C’est grâce aux progrès importants réalisés dans le domaine de la modélisation d’arc et de la simulation des écoulements gazeux que l’énergie d’arc a pu être domestiquée et utilisée efficacement pour définir des chambres de coupure à hautes performances.
Les moyens de simulation ont aussi permis d’augmenter la tension par élément de coupure, qui est passée de 145 à 420 kV en l’espace de 25 ans, sans que la tension atteinte constitue une limite technique.
Dans cet article, on verra, dans la partie 1, les différentes classifications d’appareils à haute tension (HT) et leurs caractéristiques principales. On examinera, dans la partie 2, les principaux types de problèmes fondamentaux (coupure, diélectrique, échauffement, tenue des contacts) que le concepteur doit bien maîtriser pour définir un nouvel appareil.
Les essais de type, qui sont effectués pour vérifier les performances d’un appareil, seront présentés dans le troisième fascicule ainsi que les autres essais indispensables pour garantir que les appareils produits ont bien les performances annoncées. Également, dans ce fascicule, on décrira la formidable évolution des disjoncteurs à haute tension, de la technique à air comprimé à celle, actuelle, qui utilise le SF6.
L’évolution de l’appareillage à haute tension n’est pas terminée ; de nouvelles perspectives apparaissent avec l’introduction de l’électronique qui permet de surveiller en permanence l’état d’un appareil. De nouvelles cellules sous enveloppe métallique et de nouveaux disjoncteurs conventionnels intègrent les réducteurs de mesure électronique de courant et de tension qui viennent d’être développés. Cela permet d’envisager l’intégration de la surveillance d’état et de la commande électronique de l’appareillage dans un système totalement informatisé de contrôle-commande des postes à haute tension. On connaîtra à tout moment l’état de santé d’un appareil, ce qui facilitera l’exploitation du réseau, améliorera la politique de maintenance et augmentera encore la fiabilité et la disponibilité de l’appareillage.
La diversité des études à mener (électrique, mécanique, électrostatique, magnétique, thermique, thermodynamique) donne beaucoup d’intérêt au travail de conception et de développement de l’appareillage électrique, intérêt que l’auteur aimerait faire partager aux lecteurs de cet article.
L’article « Appareillage électrique d’interruption à courant alternatif à haute tension » fait l’objet de plusieurs fascicules :
D 4 690 Partie 1 : Généralités. Classifications. Caractérisation.
D 4 692 Partie 2 : Problèmes fondamentaux. Établissement et coupure des courants.
D 4 694 Partie 3 : Présentation de l’appareillage. Essais de type et individuels.
D 4 696 Annexes.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.
L’article D 4 700 traite l’interruption des circuits alimentés en courant continu.
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1. Généralités
L’appareillage électrique d’interruption à haute tension concerne les réseaux alimentés soit en courant alternatif sous des tensions supérieures à 1 000 V, soit en courant continu sous des tensions supérieures à 1 500 V.
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La parfaite maîtrise de l’énergie électrique exige de posséder tous les moyens nécessaires à la commande et au contrôle de la circulation du courant dans les circuits qui vont des centrales de production jusqu’aux consommateurs. Cette délicate mission incombe fondamentalement à l’appareillage électrique. Son rôle est d’assurer en priorité la protection automatique de ces circuits contre tous les incidents susceptibles d’en perturber le fonctionnement, mais aussi d’effectuer sur commande les différentes opérations qui permettent de modifier la configuration du réseau dans les conditions normales de service.
L’appareillage électrique permet d’adapter, à chaque instant, la structure du réseau aux besoins de ses utilisateurs, producteurs et consommateurs d’électricité, et de préserver, totalement ou partiellement, cette fonction en cas d’incident. C’est assez dire l’importance du rôle de l’appareillage électrique à haute tension pour la manœuvre et la protection du réseau. Il faut qu’il soit disponible à tout moment et puisse intervenir sans défaillance, au point de faire oublier qu’il existe.
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Pour remplir ses fonctions avec fiabilité et disponibilité, il doit posséder de nombreuses aptitudes :
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supporter des contraintes diélectriques dues à des ondes de chocs (dues à la foudre ou à la manœuvre d’appareils) ou à des tensions à fréquence industrielle ;
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assurer le passage du courant permanent ou de court-circuit, sans échauffement excessif et sans dégradation des contacts ;
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être capable de fonctionner dans des conditions atmosphériques défavorables : à haute ou à basse température, en altitude où la densité de l’air est plus faible, parfois sous forte pollution (pollution marine, vents de sables…) ;
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supporter des séismes avec une accélération au sol égale à 0,2g ou 0,5g ;
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et surtout, pour les disjoncteurs, être capable d’interrompre tous les courants inférieurs à son pouvoir de coupure (courants de charge...
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