1.1 Les impédances de compensation « IC »

[email protected] Extraits « LA PRATIQUE DES REGIMES DE NEUTRE »
1.1
Les impédances de compensation « IC »
Le processus d’élimination des courts-circuits monophasés
Il faut considérer deux types de courts-circuits avec la terre:
 Les courts-circuits directs (conducteur tombé au sol par exemple).
Le conducteur est en contact avec le sol. La résistance du défaut est constituée de la résistance de contact, de la
résistance de la prise de terre locale et éventuellement de celle présentée par un élément étranger. Le courtcircuit présente alors un caractère permanent et doit être éliminé par la mise hors tension de la partie du réseau
en défaut.
 Les amorçages à la terre (contournement d’un isolateur par exemple).
Il y a rupture du diélectrique. La résistance du défaut est constituée de la résistance de l’arc électrique et de la
prise de terre locale.
Dans ce cas, le processus d’élimination du défaut doit favoriser l’extinction de l’arc et empêcher son
réamorçage. L’arc électrique est un acteur important de l’élimination des défauts non permanents.
L’arc électrique
L’arc électrique est un phénomène physico-chimique complexe qui répugne à se laisser enfermer dans des
formules mathématiques simples. Les connaissances que nous en avons relèvent beaucoup de l’expérimentation.
L’existence d’un arc électrique comporte trois périodes:
 L’arc prend naissance à la suite d’une rupture du diélectrique.
 L’arc se développe et se nourrit d’une énergie fournie par le réseau. L’amplitude du courant d’arc est alors
déterminante pour la suite des évènements.
 Au passage naturel par zéro du courant1, l’arc s’éteint et laisse place à un plasma ionisé entretenu par les
phénomènes post-arc. Durant cette phase, une tension de rétablissement est appliquée aux bornes du défaut,
d’abord sous une forme transitoire puis sous la forme d’un échelon de tension dépendant des caractéristiques du
circuit électrique. L’échec ou la réussite de l’élimination du défaut va dépendre d’une part de la vitesse avec
laquelle va s’établir le verrou diélectrique et d’autre part de la vitesse d’établissement de la tension transitoire au
borne du défaut.
Si la première est à tout moment supérieure à la seconde, le défaut peut être éliminé. L’effet auto extincteur peut
apparaître au premier, au deuxième ou au troisième passage par zéro du courant. Il est nécessaire toutefois que le
bilan énergétique soit défavorable à l’arc électrique
 Si le bilan énergétique est favorable à l’arc électrique, il se produit un emballement thermique qui vient
s’ajouter aux contraintes diélectriques. L’effet auto-extincteur a peu de chance d’avoir lieu, le défaut doit alors
être éliminé par la mise hors tension du tronçon de réseau en défaut.
 Un bilan énergétique défavorable à l’arc électrique provoque le refroidissement du milieu et favorise la
régénération diélectrique. L’auto-extinction du défaut peut alors apparaître au passage par zéro du courant.
La valeur du courant d’arc est déterminante pour le comportement du défaut. Un très faible courant rend l’arc
électrique instable, l’énergie d’arc se dissipe rapidement dans le milieu. Le phénomène post-arc est alors
quasiment inexistant. Le défaut a alors toute la faculté d’être auto-extincteur.
Dans le cas d’un défaut à la terre, la valeur du courant d’arc dépend essentiellement du régime de neutre du
réseau. L’idée qui vient immédiatement à l’esprit consiste à exploiter les réseaux avec des neutres isolés ou très
fortement impédants. De telles dispositions sont inefficaces lorsque les réseaux présentent un courant de capacité
homopolaire suffisant pour entretenir les arcs électriques. On peut alors mettre en œuvre une inductance de
neutre, appelée bobine d’extinction, chargée de compenser le courant de capacité homopolaire du réseau.
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Toutes les 10 ms en 50 Hz.
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La bobine d’extinction
Le principe a été présenté par le Professeur PETERSEN au début du 20emesiècle. Elle est constituée
d’inductances accordées au capacitif du réseau
Considérons le cas du contournement d’un isolateur par un arc électrique sur un réseau dont l’impédance
homopolaire est proche de la résonance.
La valeur du courant d’arc dépend du désaccord
de l’impédance homopolaire du réseau Zor.
A l’extinction de l’arc, l’interaction entre le réseau
et l’impédance homopolaire disparait.
Zor oscille à sa fréquence propre fo =
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2  LC
.
La tension d’arc laisse place à la tension de
rétablissement Ur = 3Vn - Vr .
Sous réserve d’être convenablement accordée au capacitif homopolaire du réseau, une bobine d’extinction, par
son action sur l’amplitude du courant de défaut, assure les fonctions suivantes:
 Elle transforme certains défauts fugitifs en défauts auto-extincteurs.
 Elle réduit les montées en potentiel des prises de terre
Les processus de la compensation
Description
Dans un premier temps, on ne tient pas compte de la résistance de point neutre.
Considérons le cas d’un défaut monophasé
affectant un réseau HTA.
Le schéma équivalent d’un tel défaut a été
étudié dans le livre 1.
Dans notre exemple où Zn est constitué
d’une inductance de 40  (Zon = 120 ),
On peut considérer deux cas de résonance
parallèle.
 Zor est accordée
La protection résiduelle de D2 « voit » un
courant de 22 A correspondant au désaccord
de Zos. Le courant dans le défaut est nul.
 Zos est accordée.
Le courant résiduel vu par la protection du
départ D2 est nul. Le courant de défaut vaut
alors 22 A.
On constate deux choses:
 A la résonance et autour de la résonance, le courant résiduel du départ en défaut est minoré. On ne peut donc
pas exploiter un plan de protection constitué de relais à maximum de courant résiduel.
Rappel: Lorsque l’impédance de neutre est essentiellement inductive, l’utilisation de relais à maximum
d’intensité résiduel doit être étudiée.
L’insertion d’une résistance de forte valeur en parallèle sur Zor permet d’injecter une composante active dans le
circuit homopolaire susceptible d’exciter des relais sensibles à la puissance active homopolaire. Cette
composante doit cependant être inférieure au courant nécessaire au maintient en vie de l’arc électrique
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 Si Xn est une inductance réglable, il est
possible de réaliser l’accord de Zor et par là
même, d’ajuster le courant de défaut à la valeur
souhaitée.
A la résonance, le courant de défaut est fixé par la
valeur de la résistance.
En conclusion: Dans tous les cas, la valeur du courant de défaut doit être inférieure au courant nécessaire à la vie
de l’arc électrique.
La combinaison d’une bobine d’extinction et d’une résistance de forte valeur permet de mettre en œuvre un plan
de protection composé de relais de puissance active homopolaire2.
La résistance est calculée afin d’obtenir une valeur optimale de la composante active du courant de défaut.
Sur les réseaux 20 kV Français fonctionnant avec un neutre compensé, la valeur du courant de défaut est limitée
à 40 A avec une composante active supérieure à 20 A. Pour atteindre ces objectifs, la valeur de la résistance est
environ de 600 , le désaccord est alors limité à 35 A.
Le réglage de l’accord
Pour pouvoir bénéficier de la compensation, il faut que l’accord soit indépendant du schéma d’exploitation du
réseau. Pour cela, il est nécessaire de mettre en œuvre un automate permettant de mesurer d’une manière quasi
permanente le désaccord de l’impédance homopolaire du réseau et éventuellement d’y remédier à l’aide d’un
réglage ad-hoc de l’inductance de neutre.
En partant du constat que la tension homopolaire est maximale à la résonance de Zor, le principe de mesure
généralement utilisée consiste à instrumenter la tension homopolaire provoquée par le bruit du réseau. Le réglage
de l’inductance s’effectue alors par itération jusqu’à l’obtention de la tension homopolaire maximale.
Le bruit de réseau dépendant de la constitution du réseau et pouvant présenter un caractère aléatoire ou erratique,
il existe des situations où la valeur de la tension homopolaire est insuffisante pour réaliser une mesure précise.
On préfère alors substituer au bruit du réseau un courant que l’on injecte cycliquement dans l’impédance de
compensation.
On peut compléter le dispositif par un automate « intelligent » capable de prédéterminer le réglage optimal de
l’inductance sans manœuvre préalable de celle-ci.
Electricité de France a développée avec ses partenaires un dispositif appelé GENEPI qui comporte un système
d’injection et de calcul associé a un automate de réglage.
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le sujet est étudié dans le livre 3
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Schéma de la bobine de compensation
Présentation (Réalisation à partir des documents fournis par la société AREVA de Grand Quevilly)
photo AREVA
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