Rapport de l`Inspection fédérale des installations à courant fort
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Eidgenössisches Starkstrominspektorat Inspection fédérale des installations à courant fort Ispettorato federale degli impianti a corrente forte Federal Inspectorate for Heavy Current Installations Rapport de l’Inspection fédérale des installations à courant fort (IFICF) sur l’incident du 28 septembre 2003 (panne électrique survenue en Italie et près de la frontière suisse) 12 novembre 2003 Geschäftssitz/Siège social Luppmenstrasse 1 CH - 8320 Fehraltorf Tel. +41 1 956 12 12 Fax +41 1 956 12 22 http://www.esti.ch/ Postcheck 60-606122-8 Bank/Banque CS Zürich-Seefeld Mwst-Nr. 231 112 Succursale romande Chemin de Mornex 3 CH - 1003 Lausanne 2 Table des matières page 1. Introduction 3 1.1 Mandat 3 1.2 Bases 3 2. Bases juridiques portant sur le contrôle et l’exploitation d’installations électriques 5 2.1 Prescriptions sur le contrôle 5 2.2 Prescriptions techniques 6 3. Incident du 28 septembre 2003 7 3.1 Chronologie des faits 7 3.2 Ligne du Lukmanier 8 3.2.1 Etat des lieux 8 3.2.2 Charge lors de l’incident 9 3.3 Ligne du San Bernardino 10 3.3.1 Etat des lieux 10 3.3.2 Charge lors de l’incident 10 4. Derniers contrôles effectués avant l’incident 11 4.1 Ligne du Lukmanier 11 4.1.1 Contrôles effectués par l’exploitant 11 4.1.2 Contrôles de l’IFICF 11 4.2 Ligne du San Bernardino 12 4.2.1 Contrôles effectués par l’exploitant 12 4.2.2. Contrôles de l’IFICF 12 5. Conclusions et mesures à prendre 13 3 1. Introduction 1.1 Mandat Après la panne de courant du 28 septembre 2003, qui a frappé l’Italie et les cantons frontaliers du Tessin, des Grisons et de Genève, l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) a chargé l’Inspection fédérale des installations à courant fort (IFICF), en qualité d’autorité de surveillance et de contrôle des installations électriques, d’évaluer les événements survenus en Suisse et de répondre aux cinq questions suivantes: • S’agissant de l’incident du 28 septembre 2003, quelles sont les bases juridiques à retenir pour le contrôle de l’exploitation des lignes électriques? • Comment les événements se sont-ils produits, et dans quel ordre chronologique? • Quels étaient l’état et la charge des lignes du Lukmanier et du San Bernardino au moment de l’incident? • Quand les exploitants du réseau, à savoir Atel Netz AG (ligne du Lukmanier) et EGL Grid AG (ligne du San Bernardino) et l’IFICF avaient-ils effectué leurs derniers contrôles? • Quelles sont les conclusions que l’IFICF tire de cet événement, et quelles mesures préconise-t-elle d’adopter? Pour être complet, il convient de noter que les tâches et compétences de l’IFICF pour le réseau à très haute tension et la manière dont elles sont exercées, en particulier sur les lignes du Lukmanier et du San Bernardino, font l’objet d’une expertise juridique de MM. Michael Merker et Alexander Rey, de l’étude d’avocats Binder à 5401 Baden. 1.2 Bases Pour réaliser le présent rapport, l’IFICF s’est appuyée sur les dispositions déterminantes de la législation sur l’électricité (voir ch. 2 ci-dessous) ainsi que sur les documents suivants: 4 • rapport d’inspection de l’IFICF du 7 juin 2002 concernant la ligne de 380 kV AmstegMettlen, rénovation du tronçon situé sur sol uranais • rapport d’inspection de l’IFICF du 18 juillet 2002 concernant la ligne de 380 kV AmstegMettlen • rapport d’inspection de l’IFICF du 19 avril 2002 concernant la ligne de 220/380 kV Samstagern-Mettlen • lettre d’Atel Netz AG à l’IFICF du 15 octobre concernant la panne de courant du 28 septembre 2003, avec les annexes suivantes: - charge électrique, du 26 au 28 septembre 2003 - équation d’état / courbe de la ligne (calcul de la flèche) à une température de 40° C et 72° C • - rapport de 2002 sur le contrôle de la hauteur des arbres - rapport de 2003 sur le contrôle de la hauteur des arbres e-mail d’Atel Netz AG à l’IFICF du 29 octobre 2003 concernant le réenclenchement de la ligne du Lukmanier • e-mail d’EGL Grid AG à l’IFICF du 15 octobre concernant la panne de courant du 28 septembre 2003, avec les annexes suivantes: • - 3 diagrammes du flux de puissance le 28 septembre 2003 - rapport de 2003 sur le contrôle de la hauteur des arbres - rapport de juillet 2001 sur le contrôle de la ligne de 380 kV Soazza-Sils i.D. Evaluation des données n° 36 A / 2003 d’EGL Grid AG du 30 octobre concernant l’incident du 28 septembre 2003 à partir de 03 h 01, en rapport avec la panne de courant dans le réseau italien, postes de couplage à 380 kV de Soazza et Sils, lignes électriques du San Bernardino et de Forcola (380 kV) • e-mail d’EGL Grid AG à l’IFICF du 30 octobre concernant l’incident du 28 septembre 2003 • Principes directeurs de l’Association suisse des électriciens (aujourd’hui: Electrosuisse) sur la charge électrique continue admise pour les lignes électriques (ASE 0198.1960) 5 2. Bases juridiques portant sur le contrôle et l’exploitation d’installations électriques 2.1 Prescriptions sur le contrôle La base juridique est la loi fédérale du 24 juin 1902 concernant les installations électriques à faible et à fort courant (LIE; RS 734.0). Cette loi vise à protéger les personnes et les choses contre les risques et les dommages imputables aux installations électriques. L’IFICF est l’autorité de surveillance et de contrôle des installations électriques qui ne relèvent pas de l’Office fédéral des transports (art. 21 LIE). Les exploitants sont responsables de la sécurité des installations électriques en service (art. 20, al. 1, LIE). Les devoirs incombant aux exploitants au titre du contrôle de leurs propres installations sont réglés dans diverses ordonnances d’exécution de la LIE. A commencer par l’ordonnance sur les lignes électriques, (OLEI; RS 734.31), dont les art. 135 ss contiennent des dispositions sur l’exploitation, l’entretien et le contrôle de telles installations. Ainsi, il incombe aux exploitants visés à l’art. 135 OLEI de maintenir constamment les lignes en bon état et de les vérifier régulièrement. En particulier, ils doivent contrôler régulièrement les rapprochements, les parallélismes et les croisements de lignes aériennes avec les routes publiques, les places, les cours d’eau navigables et les autres infrastructures. La périodicité des contrôles ne doit pas excéder deux ans pour les lignes aériennes à haute tension. Par ailleurs, l’art. 136 OLEI prescrit que les exploitants établissent un rapport pour chaque contrôle. Ils apprécient les défauts constatés sur la ligne, le genre des travaux d’entretien à entreprendre et les délais dont ils disposent. Les rapports de contrôle doivent être conservés pendant au minimum dix ans et présentés, sur demande, à l’organe de contrôle (I’IFICF). Le mandat de l’IFICF relatif au contrôle de l’exploitation et de l’entretien des installations électriques est de nature générale et consiste en une haute surveillance. A ce titre, l’IFICF veille à ce que les exploitants procèdent aux contrôles prescrits et réagissent de manière adéquate aux faits constatés. L’IFICF n’a aucune obligation légale de vérifier en détail le bon fonctionnement d’une installation électrique et d’en assurer à chaque instant la sécurité d’exploitation. Dans des cas particuliers, si elle constate dans le cadre de sa haute surveillance des lacunes dans l’exécution des contrôles internes incombant aux exploitants, 6 ou des lacunes dans la sécurité d’une installation spécifique, l’IFICF ordonne les mesures qui s’imposent, en vertu de sa compétence générale de surveillance prescrite à l’art. 21 LIE. Ni la LIE ni ses ordonnances d’exécution ne définissent des périodes de contrôle pour l’IFICF. S’agissant des exploitants de lignes à très haute tension (220 et 380 kV), l’IFICF exerce en règle générale une surveillance annuelle, tandis que les exploitants de ligne à niveau de tension moins élevé sont surveillés au moins tous les cinq ou dix ans, selon la taille des installations. Les périodes de contrôle peuvent aussi être plus brèves en fonction de leur état. 2.2 Prescriptions techniques La base juridique déterminante pour la construction et l’exploitation de lignes électriques est l’OLEI, déjà mentionnée au point 2.1. En ce qui concerne l’incident du 28 septembre 2003, les dispositions déterminantes sont celle sur les distances directes admises entre les conducteurs des lignes aériennes et les arbres, et celle concernant la flèche maximale des conducteurs. Selon l’art. 35, al. 4, LIE, les distances verticales entre les arbres et les conducteurs nus des lignes aériennes à haute tension ne doivent pas être inférieures, pour la flèche maximale, aux valeurs suivantes: a. arbres fruitiers: 2,5 m + 0,01 m par kV de tension nominale (soit 6,3 m pour 380 kV); b. autres arbres: 1,5 m + 0,01 m par kV de tension nominale (soit 5,3 m pour 380 kV). Selon l’art. 47 OLEI, la flèche maximale d’un conducteur se calcule à partir des hypothèses suivantes: a. une température de conducteur de 40 °C; b. une température du conducteur de 0° C et une surcharge uniformément répartie d’au moins 20 N/m sur chaque conducteur ou conducteur partiel, sans vent. Si les conditions locales montrent que des températures plus élevées ou des surcharges plus fortes sont à prévoir, on les prendra pour base dans le calcul (art. 47, al. 2, OLEI). 7 3. Incident du 28 septembre 2003 3.1 Chronologie des faits Le 28 septembre 2003 à 03 h 01 min 20 s, une décharge disruptive s’est produite sur un arbre situé entre les pilônes 9482 et 9483 (portée: 473,5 m) de la ligne de 380 kV Mettlen – Lavorgo (ligne du Lukmanier), sur le tronçon Mettlen – Amsteg, près d’Ingenbohl. Le dispositif de protection a réagi en déconnectant la ligne à Mettlen et à Lavorgo. Suite à cette déconnexion, la ligne de 380 kV franchissant le San Bernardino a subi un surcroît de charge – d’où une flèche plus grande. A 03 h 25 min 21 s, une décharge disruptive s’est également produite sur un arbre entre les pylônes 136 et 137 de la ligne du San Bernardino, près de Sils i.D. (portée de 393 m). Là aussi, le dispositif de protection contre les courts-circuits a réagi correctement en déconnectant la ligne. Les relevés des exploitants Atel Netz AG (ligne du Lukmanier) et EGL Grid AG (ligne du San Bernardino) ont permis d’établir une chronologie détaillée des faits: Heure 03.01.20 Remarques Court-circuit avec liaison à la terre, phase L1 de la ligne du Lukmanier, ouverture des disjoncteurs unipolaires de Mettlen et Lavorgo. L’essai de réenclenchement automatique réussit dans les deux cas après une pause de 600 millisecondes (ms). 03.01.27 Nouveau court-circuit, entraînant les déconnexions suivantes: Sous-station de Mettlen: coupure tripolaire et début de la pause de 70 s Sous-station de Lavorgo: coupure unipolaire et début de la pause de 500 ms. Le réenclenchement automatique réussit à Lavorgo. 03.01.29.242 Nouveau court-circuit à haute impédance, qui se règle de lui-même après 360 ms. Pas de coupure à Lavorgo. Le disjoncteur de Mettlen n’est pas encore réenclenché (pause de 70 s). 8 03.01.29.610 Court-circuit L1 – L3, lequel devient après 410 ms un court-circuit triphasé. Déclenchement tripolaire à Lavorgo et début d’une pause de 80 s; le disjoncteur de la sous-station de Mettlen reste ouvert. 03.02.37 Réenclenchement automatique du disjoncteur de Mettlen, après une pause de 70 s. La ligne du Lukmanier est ainsi sous tension depuis Mettlen. 03.02.55 Echec du réenclenchement automatique à Lavorgo, en raison de la trop grande différence d’angle de phase et de tension entre les barres collectrices et la tension de la ligne (ligne du Lukmanier). 03.08.29 Tentative d’enclenchement manuel à la sous-station de Lavorgo. Nouvel échec dû à la trop grande différence d’angle de phase et de potentiel entre la tension des barres collectrices et celle de la ligne elle-même (ligne du Lukmanier). 03.25.21 Court-circuit sur la ligne du San Bernardino et déclenchement des disjoncteurs de Sils i.D. et Soazza. 03.33.46 Enclenchement du disjoncteur de Sils i.D. La ligne du San Bernardino est ainsi sous tension depuis Sils i.D. 03.34.08 Enclenchement à Soazza, puis déclenchement immédiat. Faute de tension dans le réseau auquel des consommateurs italiens sont encore raccordés, la tension programmée à Sils i.D. chute brutalement et les courants triphasés élevés aboutissent à une réaction de protection qui déconnecte la ligne à Soazza. 3.2 Ligne du Lukmanier 3.2.1 Etat des lieux La ligne de 380 kV relie la sous-station de Mettlen et Lavorgo par le Lukmanier. Le tronçon Mettlen – Amsteg, sur lequel s’est produite la décharge disruptive, date des années 1948/49. Ce tronçon est en complète rénovation depuis quelque temps. Les travaux réalisés 9 sur sol uranais et en partie dans le canton de Lucerne sont achevés. Il reste encore à rénover 27 km de ligne entre Sisikon (frontière entre Uri et Schwyz) et Dierikon (canton de Lucerne). Le 21 décembre 2001, Atel Netz AG a remis à l’IFICF une demande d’approbation de plans relative au tronçon susmentionné. Comme l’emplacement et la hauteur des pylônes changeront, l’Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage (OFEFP) et le canton de Schwyz ont exigé une étude d'impact sur l'environnement. Le 24 janvier 2003, Atel Netz AG a transmis ce rapport à l’IFICF. Dans l’intervalle, les acteurs se sont exprimés à ce sujet. L’analyse des avis reçus révèle que le tronçon sur l’Urmiberg (Zünggelenflue) – là même où s’est produit l’incident du 28 septembre 2003 – est particulièrement contesté. En effet, la Commission fédérale pour la protection de la nature et du paysage (CFNP), l’OFEFP ainsi que le canton de Schwyz estiment qu’il n’y a aucune nécessité d’augmenter la hauteur des pylônes. Or cela impliquerait de remanier le projet. 3.2.2 Charge lors de l’incident Au moment de l’incident, soit à 03 h 01 min 20 s, la mesure effectuée du courant indiquait 2120 ampères (A). Ainsi, la température du conducteur approchait 72 °C, pour une température ambiante de 15 °C à Ingenbohl et un vent d’une vitesse estimée à 0,5 m/s. La décharge disruptive s’est produite entre les pylônes 9482 et 9483 (portée de 473,5 m). On y trouve des faisceaux doubles d’Ad (alliage d’aluminium) de 550 mm2 de section chacun pour chaque phase. Quant à la flèche maximale selon l’art. 47, al. 1, OLEI, elle est de 25,90 m pour une température du conducteur de 40 °C, mais atteint 27,54 m si la température passe à 72 °C. La flèche était donc supérieure de 1,64 m à la base de calcul utilisée lors de l’approbation des plans. Il convient également de mentionner ici le courant thermique limite. Il s’agit de l’intensité pouvant circuler de façon continue dans les lignes, compte tenu du réchauffement des conducteurs. Dans le cas précis, les principes directeurs d’Electrosuisse sur la charge électrique continue admise pour les lignes électriques (ASE 0198.1960) tablent sur une température des conducteurs de 80 °C. Leur résistance est garantie jusqu’à cette température. Le courant thermique limite admis pour les faisceaux doubles de 2 x 550 mm2 Ad est le suivant: a. température ambiante de 40 °C: 1830 A; b. température ambiante de 10 °C: 2400 A. 10 Les renseignements fournis par Atel Netz AG livrent les mesures suivantes. Vers 00 h 00, le courant avait une intensité d’environ 1840 A, grimpant à 1935 A vers 02 h 00 pour atteindre 2070 A vers 02 h 30. Etant donné la température ambiante de 15 °C, le courant est à un maximum de 2300 A, et la charge de la ligne oscillait entre 80 et 92 % du courant thermique limite. 3.3 Ligne du San Bernardino 3.3.1 Etat des lieux La ligne de 380 kV franchissant le San Bernardino relie les sous-stations de Sils i.D. et Soazza. Sa construction remonte à 1961. Selon des informations orales reçues en décembre 2002 de l’exploitant EGL Grid AG, il est prévu de remplacer prochainement les lignes conductrices actuelles par des conducteurs à haute température et à flèche réduite. Les nouvelles lignes auront ainsi une capacité accrue, pour des flèches semblables. 3.3.2 Charge au moment de l’incident Immédiatement avant le court-circuit de 03 h 25 min 21 s, on avait mesuré 2703 A au cours de la phase la plus chargée. La température des conducteurs approchait de 103 °C, vu la température ambiante de 12 °C à Sils i.D. et le vent d’une vitesse approximative de 0,5 m/s. La ligne était particulièrement chargée. Avant la déconnexion de la ligne du Lukmanier à 03 h 01, le courant circulait dans la ligne du San Bernardino avec une intensité de 1922 A, qui a rapidement grimpé comme indiqué plus haut à 2703 A. La décharge disruptive s’est produite entre les pylônes 136 et 137 (portée de 393 m). Selon l’art. 47, al. 1, OLEI, la flèche maximale est de 17,90 m pour une température du conducteur de 40 °C, mais atteint 20,86 m si la température passe à 103 °C. La flèche était donc supérieure de 2,96 m à la base de calcul utilisée lors de l’approbation des plans. 11 Comme les lignes du San Bernardino et du Lukmanier ont la même section, le courant thermique limite y est identique. Les indications fournies par EGL Grid AG révèlent que vers 02 h 00, l’intensité du courant approchait 1800 A. Puis de 02 h 30 et jusqu’à la panne de la ligne du Lukmanier, elle a oscillé entre 1820 et 1950 A. Etant donné la température ambiante de 15 °C, le courant est à un maximum de 2300 A, et la charge de la ligne oscillait entre 80 et 85 % du courant thermique limite. 4. Derniers contrôles effectués avant l’incident 4.1 Ligne du Lukmanier 4.1.1 Contrôles effectués par l’exploitant Le dernier contrôle du tronçon de 52 km compris entre Mettlen et Amsteg a eu lieu de jour, du 30 juin au 11 juillet 2003. Il s’agissait du contrôle ordinaire de l’état des arbres, réalisé dans le cadre des travaux annuels d’entretien. Il consiste à vérifier que les distances verticales entre les arbres et les conducteurs des lignes aériennes à haute tension respectent les prescriptions juridiques rappelées au point 2.2. Les vérifications ont montré que des coupes d’arbres s’imposaient à divers endroits, y compris sur le tronçon entre les pylônes 9482 et 9483 où s’est produit l’incident. Ledit rapport mentionne des épicéas et plusieurs frênes qui sont à élaguer. Ces travaux devaient s’effectuer entre novembre 2003 et février 2004. 4.1.2 Contrôles de l’IFICF Le 18 avril 2002, une reconnaissance des lieux a été organisée sous la conduite de l’IFICF, dans le cadre de la procédure pendante d’approbation des plans du tronçon à rénover entre les cantons de Schwyz (pylône 9456, commune de Morschach) et Lucerne (pylône 9545, commune de Root). L’IFICF n’a relevé alors aucun défaut sur la ligne ou sur son itinéraire. 12 Le 30 mai 2003, l’IFICF a contrôlé le tronçon assaini dans le canton d’Uri entre les pylônes 9404 (commune d’Erstfeld) et 9455 (commune de Sisikon), en présence de représentants d’Atel Netz AG et des chemins de fer fédéraux (CFF). Un autre contrôle a eu lieu le 16 juillet 2002 dans le canton de Lucerne, en présence de représentants d’Atel Netz AG. L’inspection portait sur le tronçon compris entre le pylône 9530 (Küssnacht a.R.) et la sous-station de Mettlen. Les rapports d’inspection signalent que la ligne et le tracé sont bien entretenus et en bon état. Aucune réclamation n’a été faite quant à la distance de la ligne par rapport aux arbres ou aux bâtiments. 4.2 Ligne du San Bernardino 4.2.1 Contrôles de l’exploitant Le dernier contrôle approfondi de la ligne par l’exploitant remonte à juin 2001. L’ascension de tous les pylônes a été faite à cette occasion. Les travaux de réparation nécessaires ont été menés en août de la même année, avec d’importantes coupes d’arbres ponctuelles. Les 4 et 5 août 2003, l’exploitant a effectué un nouveau contrôle. EGL Grid AG signale avoir notamment vérifié la croissance des arbres sous la ligne. Les fortes charges transportées et la température ambiante élevée de l’été 2003 l’avaient rendu particulièrement attentif aux flèches plus grandes des lignes électriques. L’exploitant a constaté à cette occasion que des coupes d’arbres s’imposaient à divers endroits, mais non toutefois sur le tronçon compris entre les pylônes 136 et 137 où s’est produite la décharge disruptive du 28 septembre 2003. En outre, les coupes n’étaient pas considérées comme particulièrement urgentes. Il était prévu de réaliser ces travaux, ainsi que d’autres travaux d’entretien, à la prochaine mise hors service de la ligne. 4.2.2 Contrôles effectués par l’IFICF Ces dernières années, l’IFICF n’a pas spécialement contrôlé la ligne du San Bernardino dans le cadre de sa haute surveillance. En effet, elle ne disposait d’aucun indice d’un défaut d’entretien de cette ligne qui aurait justifié une surveillance accrue de sa part. L’inspection s’est limitée à vérifier quelques pylônes, dans le contexte de la pose d’antennes de téléphonie mobile, et ce pour la dernière fois le 23 septembre 2003 dans la région du Nufenen. A cette occasion, l’IFICF a conclu à une situation conforme aux prescriptions. 13 5. Conclusions et mesures à prendre L’IFICF tire les conclusions suivantes de l’incident du 28 septembre 2003: • Si des décharges disruptives provoquées par des arbres surviennent ici ou là sur les lignes aériennes à haute tension, les lignes de 220 et 380 kV sont rarement touchées. Ainsi, Atel Netz AG n’a enregistré sur son réseau à très haute tension que cinq décharges disruptives dues à des arbres au cours des dix dernières années. Pour sa part, EGL Grid AG a identifié au cours des trois dernières années cinq courts-circuits dus à des arbres et en a supposé quatre autres. En conséquence, l’incident du 28 septembre 2003 n’est pas dû à des circonstances extraordinaires. • Atel Netze AG et EGL Grid AG ont mené les contrôles internes, en particulier ceux portant sur les arbres (vérification des distances verticales entre les arbres et les conducteurs nus des lignes aériennes à haute tension, pour une température des conducteurs de 40° C) conformément aux prescriptions et à la pratique usuelle. Les rapports concernant lesdits contrôles sont accompagnés d’une documentation vérifiable et indiquent les mesures à prendre. • L’IFICF a exercé son activité de contrôle dans le cadre juridique en vigueur et n’a constaté aucune violation des prescriptions existantes qui aurait été commise par les exploitants. Cependant, il s’avère nécessaire que l’IFICF améliore la documentation relative à son activité de contrôle. • Vu l’expansion du négoce international d’électricité, la tendance est d’exploiter au maximum (voire de surcharger pendant de courtes périodes) les lignes électriques à très haute tension. Or les exploitants des réseaux à très haute tension doivent être bien conscients que la sécurité d’exploitation des installations ne doit en aucun cas en pâtir. Au vu des conclusions qui précèdent, l’IFICF adopte, respectivement préconise les mesures suivantes: • L’IFICF édicte une directive interne pour garantir que les opérations de contrôle menées aboutissent à des documents aisément vérifiables. Délai: le 31 décembre 2003. 14 • Tous les exploitants de réseaux à très haute tension seront chargés par l’IFICF de contrôler précisément les flux de puissance de chaque ligne (les travaux sont déjà en cours chez certains exploitants). Il s’agit en particulier de redéfinir les températures des conducteurs et de réévaluer les flèches aux endroits critiques, lorsque la température des conducteurs est nettement supérieure à 40 °C en période d’exploitation normale. Délai: le 31 mars 2004. • Il incombe à l’Office fédéral de l’énergie d’examiner si les hypothèses de calcul formulées à l’art. 47 OLEI pour la flèche maximale d’un conducteur sont toujours correctes. INSPECTION FÉDÉRALE DES INSTALLATIONS À COURANT FORT Michel Chatelain Ingénieur en chef
