Appareillages haute tension: la bonne combinaison

Fiabilité
Appareillages haute
tension : la bonne
combinaison
Roberto Cameroni
L’ouverture à la concurrence des marchés électriques a rapidement
modifié les impératifs d’exploitation des opérateurs : fiabilité, disponibilité
des ouvrages de transport et solutions de gestion du système électrique
sont désormais les mots d’ordre de leurs clients.
L’augmentation de la demande énergétique et du nombre de centrales
raccordées au réseau n’a fait qu’accentuer l’urgence de la situation.
Deux exigences se confirment : garantir la fourniture d’une électricité de
qualité, réduire le nombre et la durée des incidents.
Sur ce fond de revendications technologiques, ABB a développé une
nouvelle gamme de dispositif de connexion et de coupure : un disjoncteur associant un ou plusieurs sectionneurs et des mécanismes de
commande, adaptés aux installations tant intérieures qu’extérieures.
Un groupe de travail de la CEI planche actuellement sur une nouvelle
norme internationale prévue pour 2007, la CEI 62271-205. Son objectif ?
Classer les associations de dispositifs de commutation en « ensembles
préfabriqués d’appareillages haute tension ». Le comité B3-02/03
du CIGRÉ travaille aussi à l’élaboration d’un guide d’assemblage
de ces appareils dans un poste électrique existant.
C
es ensembles peuvent être bâtis
sur les traditionnels appareils isolés dans l’air (AIS), leurs homologues
dernier cri isolés dans le SF6 (GIS) ou
encore une variante « hybride » cumulant les mérites des deux techniques :
Compacité, grâce à l’isolation
gazeuse ;
Assemblage et essais complets en
usine ;
Logistique simplifiée ;
Rapidité de mise en œuvre
(modules prétestés en usine) ;
Maintenance réduite (totalité des
contacts haute tension dans le SF6) ;
Durée limitée des interventions de
maintenance, en raison de la haute
fiabilité des composants ;
Faible coût global (coût réduit des
équipements) ;
Faibles pertes d’énergie et moindres
frais de pièces détachées en
double ;
Facilité de remplacement des
composants défectueux ;
Moindre impact environnemental,
en raison du faible encombrement
des équipements.
La lignée PASS
Dans les années 90, ABB développe
un appareillage hybride baptisé PASS
(Plug And Switch System) pour des
plages de tension de 72,5 à 170 kV
et des courants de coupure de 31,5 à
40 kA. Multifonction, PASS combine
plusieurs composants. Le sectionneur/sectionneur de mise à la terre
(MALT), par exemple, peut s’associer
à une chambre de coupure pour fiabiliser l’ensemble ; cette dernière garantit la mise à la terre d’une ligne en cas
de risque de court-circuit. Des transformateurs d’extérieur, montés sur
traversées SF6, mesurent le courant.
Modularisation des postes électriques
Les modules PASS sont des cellules
préconçues dont le lancement a beaucoup fait progresser la modularisation
des postes électriques ; un poste se
décompose en modules dont les ingénieurs de conception testent à la fois
la structure et l’exécution dans les
moindres détails.
Le coût et la faisabilité technique d’un
poste sont fixés dès l’amorce du projet. On peut alors envisager et étudier
rapidement d’autres solutions, et chiffrer l’investissement sans grandes étu36
Revue ABB 4/2005
Appareillages haute tension: la bonne combinaison
Fiabilité
des de conception. Quelques jours,
voire une poignée d’heures suffisent
pour faire aboutir le projet, comparés
aux mois souvent demandés par les
systèmes traditionnels.
Les modules PASS M0 et M00 d’ABB
sont présentés ci-après.
PASS M0 : une modularité exemplaire
PASS M0 est une cellule de connexion
et de coupure mariant flexibilité et
grande modularité. Le disjoncteur est
équipé d’un sectionneur/sectionneur
de MALT et de transformateurs de
courant adaptables à la plupart des
grandes configurations de postes HT.
PASS M0 se décline ainsi en :
PASS M0 SBB pour les arrangements à
un jeu de barres ;
PASS M0 SBB avec ensemble sectionneur/sectionneur de MALT supplémentaire, côté ligne 1 ;
PASS M0 avec transformateurs de tension à isolation gazeuse, montés en
usine 2 ;
PASS M0 DBB pour les systèmes à
deux jeux de barres 3 ;
PASS M0 IOS pour les jeux de barres
d’arrivée-départ ;
PASS M0 DCB pour les postes électriques en H 4 .
Ce dernier confère à cette configuration de poste une très grande compacité. Toutes les variantes PASS M0
affichent des temps de déballage, de
montage, de remplissage de SF6 et de
mise en service considérablement
écourtés.
L’autre grand progrès technique dont
bénéficie le PASS M0 est la simplicité
1
PASS M0 SBB
Revue ABB 4/2005
de conception – la seule pièce en
mouvement est le rotor du moteur –
et une batterie de condensateurs
électrolytiques qui stocke l’énergie de
manœuvre nécessaire pour effectuer
la séquence O – 0,3 secondes – FO.
La commande numérique de la course
des contacts permet de couper le
courant aux basses fréquences utilisées notamment dans le ferroviaire
(16 2⁄3 Hz), sans modification de la
chambre.
La commande électronique de
disjoncteur innovante, Motordrive 5 ,
précise et pointue, offre une grande
répétabilité des temps d’ouverture et
de fermeture, avec des performances
de coupure meilleures que celles des
commandes traditionnelles.
Dans les années 90, ABB
développe l’appareillage
hybride multifonction
PASS qui combine
plusieurs composants.
PASS M00 : une conception novatrice
PASS M00 est le module de connexion
et de coupure ABB pour des tensions
de 72,5 à 100 kV et un courant de déclenchement maxi de 31,5 kA. Mesure
du courant, sectionnement, coupure et
mise à la terre sont ses grandes fonctions.
Celles-ci peuvent être complétées
d’autres fonctionnalités répondant aux
besoins du poste électrique. PASS M00
2
PASS M0 SBB et transformateurs de tension
se distingue par un sectionneur cinq
positions, dont les contacts mobiles
sont intégrés dans la chambre ellemême 6 .
Leur rotation précise autorise le sectionnement de ligne, le sectionnement
de jeu de barres, la mise à la terre de
la ligne et du jeu de barres par fermeture du disjoncteur, le tout au moyen
d’une commande unique.
PASS M00 reprend la modularité de
PASS M0. La version à deux jeux de
barres, par exemple, s’obtient en
ajoutant le module contenant un
sectionneur supplémentaire 7 .
L’installation sur site inclut la mise en
place du châssis 8 sur lequel sont
montés les composants actifs 9 .
Le verdict du coût global
La meilleure façon de comparer le
coût d’un PASS M00 hybride à celui
d’un AIS classique est d’analyser leur
coût global respectif. Celui-ci inclut
non seulement le coût initial d’investissement mais aussi les coûts fixes et
variables sur toute la durée de vie du
poste.
Les coûts d’investissement CI couvrent
les appareillages primaires, le système
de contrôle-commande et de protection, le génie civil, l’exploitation,
l’acquisition du terrain … Les coûts
fixes CF concernent la maintenance
du site, les bâtiments, l’équipement,
de même que les pièces de rechange,
la main d’œuvre et tous les arrêts
techniques prévus pour la maintenance. Dans les coûts variables CV figu-
3
PASS M0 DBB
37
Appareillages haute tension: la bonne combinaison
Fiabilité
rent les événements fortuits (comme
les défauts), le temps de remplacement et les pénalités encourues pour
4
PASS M0 DCB
la non-distribution d’électricité aux
consommateurs.
8
Ces trois catégories s’additionnent
pour donner le coût global LCC du
poste, soit :
[
LCC = CI + (CF+CV)
Mise en place du châssis
–1
((1+i)
i(1+i) )]
n
n
i étant le taux d’intérêt et n la durée
de vie théorique du poste.
La fiabilité d’un poste peut se calculer
par logiciel. 10 montre les pourcentages des trois catégories de coûts et
le LCC résultant pour un poste 123 kV
à 2 jeux de barres et 10 travées, réalisé en technologies AIS classique et
PASS M0 modulaire.
5
PASS M0 et Motordrive
9
Montage des composants actifs sur châssis
La meilleure façon de
comparer le coût du
module hybride à celui
d’un AIS classique est
d’analyser leur coût
global respectif.
Par leur compacité, PASS M0 et PASS
M00 permettent une réduction d’encombrement de 50 à 70 % par rapport
à la cellule AIS, selon la configuration
du poste.
Conclusion
6
Les PASS compacts et modulaires se
démarquent par leur souplesse
d’adaptation aux configurations de
poste les plus courantes.
Contacts mobiles intégrés au disjoncteur
10
Comparaison du coût global d’un poste
123 kV à 2 jeux de barres et 10 travées
200
180
160
PASS M0
189 %
Conventional
140
80
100 %
95 %
100
110 %
PASS M00 DBB
%
120
7
Les appareillages hybrides ont permis
de développer de nouveaux postes
conciliant simplicité, extrême compacité, rapidité de mise en œuvre, facilité de remplacement des équipements
défaillants et maintenance réduite ;
des vertus auxquelles s’ajoutent un
coût global inférieur à celui des AIS et
une fiabilité supérieure.
Investment cost
Life cycle cost
41 %
6.0 %
20
0
Interruption cost
40
O&M cost
48 %
9,1 %
60
Roberto Cameroni
ABB T&D S.P.A.
Via Pavia
Lodi (italie)
[email protected]
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