Surtensions et coordination d`isolement

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Surtensions et coordination d ’isolement - durée 1h - G. Clerc
Lignes de transfert d ’Energie Electrique
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Plan du cours
• Généralités
•Coordination d ’isolement
•Les surtensions
•Les dispositifs de protection contre les surtensions : éclateur et parafoudre
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Lignes de transfert d ’Energie Electrique
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Généralités
La coordination d ’isolement est l ’ensemble des dispositions prises pour réaliser la protection des
personnes et des matériels contre les surtensions pouvant apparaître sur les installations
électriques.
Sa maîtrise repose :
•sur la connaissance des niveaux de surtension
•de coordonner les dispositifs de protection et les niveaux d ’isolements des matériels électriques
requis.
Fonctionnement des protections dans
le meilleur des cas
Destruction dans le pire des cas
Défaillance interruption de service

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Les surtensions
Perturbations de mode différentiel : entre phases ou entre circuits
Perturbations de mode commun : entre les conducteurs actifs et la terre.
Les perturbations peuvent engendrer :
* des interruptions courtes avec réenclenchements automatiques sur les résaeux de distribution
MT aérien
* des interruptions longues avec intervention après destruction d ’isolants ou de matériels.
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Surtension à fréquence industrielle
Ce sont les surtensions ayant des fréquences inférieure à 500Hz.
Surtension provoquée par un défaut d ’isolement
Elle est due à un défaut d ’isolement sur un réseau triphasé dont le neutre est isolé ou impédant.

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Lors d ’un défaut d ’isolement entre une phase et la masse ou la terre, la phase concernée est mise
au potentiel de la terre et les deux autres sont soumises, par rapport à la terre à :
3.VU=
Pour un défaut d ’isolement sur la phase A, un facteur de défaut de terre Sd est définit par le
rapport de la tension des deux autres phases par rapport à la terre, à la tension du réseau :
(
)
2
13 2
+++
=k
kk
Sdavec d
X
X
k0 =Réactance directe du réseau vu du point de défaut
Réactance homopolaire
Neutre parfaitement isolé ∞=
0
X3=
d
S
Mise à la terre parfaite du neutre d
XX =
01= d
S
Cas général d XX 3
0≤25.1≤ d
S
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Surtension sur une longue ligne : effet Ferranti
Une surtension peut apparaître sur une ligne longue alimentée d ’un coté et à vide de l ’autre. Le
facteur de surtension est donné par :
2
.
1
12
ωLC
U
U
e
s
−
=
Us : Tension entrée
Ue : Tension sortie
Ligne de 300 km : facteur de surtension = 1.05
Ligne de 500 km : facteur de surtension = 1.16
L :Inductance totale de la ligne
C : Capacité totale de la ligne
Surtension par ferrorésonnance
Cette surtension est produite lorsqu’un comporte une capacité, une self avec circuit magnétique
saturable. Elle peut apparaître lors qu’une manœuvre d ’ouverture ou de fermeture est pratiquée
sur le réseau avec un appareil qui ne réalise pas un fonctionnement simultanée des trois pôles.

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Diagramme
Schéma
Courbes : Uc=f(i),UL=f(i), UL-1/Cwi=f(i)
La courbe UL-1/Cwi=f(i) montre deux points de fonctionnements
(O et B) pour lesquels la tension aux bornes de l ’ensemble LC
est nulle, deux points de fonctionnement stable M et P et un
point de fonctionnement instable N.
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Les tensions aux bornes de L et C au point P sont élevées. Le passage de M vers P peut être du à
un transitoire qui augmente momentanément la tension e à une valeur supérieur à E.
Risque de claquage diélectrique et danger pour les récepteurs en // sur C mais puissances mises
en jeu réduites : 2
2
1CV
Surtension de manœuvre
Elles sont provoquées par une modification brusque de la structure du réseau engendrant des
phénomènes transitoires. Ces derniers provoquent la naissance d ’une onde de surtension ou d ’un
train d ’ondes haute fréquence de type apériodique, oscillatoire ou d ’amortissement rapide.
Surtension de commutation en charge normale
Pour une charge normale (facteur de puissance > 0.7), le coefficient de surtension (rapport entre
l ’amplitude de la tension transitoire et de la tension de service) est de l ’ordre de 1.2 à 1.5 et ne
pose pas de problèmes.

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Surtensions provoquées par l ’établissement et l ’interruption de petits courants inductifs
Trois phénomènes en sont à l ’origine :
L ’arrachement du courant
le réamorçage
le préamorçage
Cp1 : Capacité du
disjoncteur Lp1 : Inductance du
disjoncteur
Schéma équivalent d ’un disjoncteur pour l ’étude des surtensions
L0 : Inductance de ligne
Source sinusoïdale
L1 : Inductance de la source
C1 : Capacité de la source L2 : Inductance de la charge
C2 : Capacité de la charge
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La coupure des courants faibles s ’accompagnent d ’un arc soumis à un refroidissement important
et donc qui peut présenter une instabilité. La tension peut alors présenter des variations relatives
importantes qui développent dans les capacités des courants oscillatoires d ’amplitude non
négligeable (10% du nominal).
La superposition avec le courant de 50Hz donne plusieurs passages par zéro. Le disjoncteur peut
couper au premier. Les courants dans le générateur et la charge ne sont pas nuls. La valeur i de
l ’onde 50Hz à cet instant est appelé courant arraché.
ÄArrachement du courant