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] 38 Revue ABB 4/2005