Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique
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Quel que soit le pays considéré, pour peu qu'il soit suffisamment étendu, les systèmes de fourniture d’énergie électrique sont interconnectés. Ils comportent alors trois parties :
- les unités de production, chargées de fournir l'énergie au réseau,
- le réseau de transport à haute tension, chargé de transporter massivement l'énergie sur de grandes distances et d'assurer l'interconnexion entre les centrales de production,
- les réseaux de distribution à moyenne et basse tension, chargés de livrer l'énergie aux utilisateurs.
Dans l'une ou l'autre de ces parties, chaque ouvrage peut être l'objet d'incidents, tels que panne, fonctionnement aberrant, court-circuit dû à une cause externe. C'est pourquoi toute une panoplie d'appareils est installée pour éviter que ces incidents ne détruisent l'ouvrage, ou ne compromettent la qualité de fourniture d'énergie. Parmi eux, nous distinguons 3 catégories:
- les relais de protection (ou simplement protections) chargés de mettre hors tension la partie malade de l'ouvrage ou du réseau,
- les automates chargés d'effectuer des manoeuvres automatiques,
- les équipements de surveillance chargés de collecter des informations et de les envoyer aux personnes chargées de conduire le système.
La qualité de fonctionnement de ces appareils, et plus particulièrement des protections, est toujours primordiale. Elle peut cependant être appréciée de manière différente suivant que l’on s’intéresse à l’une ou l’autre des trois parties du système :
Sommaire |
[modifier] Protection des groupes de production
Dans une centrale de production, les protections ont pour but d'éviter la détérioration des alternateurs ou transformateurs en cas de fonctionnement dans de mauvaises conditions, dues à des défaillances internes, tels que défauts d'isolement ou panne de régulation. De telles défaillances sont rares, et sur des matériels bien conçus, bien fabriqués, bien installés, bien entretenus et bien exploités les protections n'ont à fonctionner que très exceptionnellement.
Si toutefois une protection est défaillante lors d'un incident, les dommages causés à l'alternateur ou au transformateur peuvent avoir des conséquences financières importantes, mais qui restent internes à la compagnie de production d'électricité ( perte de production, qui doit être compensée par des moyens de production moins économiques, et réparation de l'appareil endommagé), sous réserve que la compagnie productrice d'électricité dispose de moyens de productions disponibles et déjà synchronisés au réseau.
[modifier] Protection des ouvrages du réseau de transport
Sur un réseau de transport, le problème se pose de manière totalement différente :
D'abord, une ligne aérienne, qui passe sur le domaine public, est périodiquement sujète à des courts-circuits (ou "défauts" dans le jargon de l'exploitant"), dus aux coups de foudre, aux arbres mal élagués, aux grues et engins de grande hauteur travaillant au voisinage, au vent, à la pollution... Une bonne conception de la ligne peut les minimiser, mais pas les éliminer. Par exemple, sur le réseau de transport d'Électricité de France, on observe en moyenne 7 défauts par an et par 100 km.
Ensuite, une ligne qui chauffe s'allonge, et son point bas, en milieu de portée, s'abaisse. Si elle n’est pas mise hors tension à temps, elle devient dangereuse pour les tiers. Les conséquences pourraient alors se chiffrer, non plus en millions d’euros, mais en nombre de vies humaines ! Et c'est pourquoi les systèmes de protection doivent comporter des dispositifs de secours : la défaillance d’une protection est palliée par le fonctionnement en secours de protections localisées éventuellement en d’autres points du réseau. Ceci peut conduire à la mise hors tension de plusieurs ouvrages. L’alimentation électrique de toute une région peut alors se trouver gravement perturbée.
Un fonctionnement défectueux d'une protection peut donc avoir pour conséquence la coupure d'un ou plusieurs clients, voire d'une ville entière, prioritaires compris. Or, lorsqu'un client industriel de 10 MW est coupé pendant 6 minutes, par exemple, cela ne correspond pas seulement à 1 MWh d'énergie non vendue pendant cette coupure, mais aussi à l'énergie non vendue pendant les quelques heures que le client mettra à repartir. Et cela correspond surtout à un client mécontent, qui aura perdu plusieurs heures de sa production, et qui aura peut-être subi des détériorations de matériel. S'il s'agit d'une ville entière, le distributeur d'électricité devra rendre des comptes, en tant que service public, aux autorités locales, voire même régionales ou nationales.
Pour minimiser le risque de telles situations, l’étude du fonctionnement des protections, normal et en secours doit donc faire l’objet d’un plan d’ensemble, dans lequel les réglages ont une importance capitale.
[modifier] Protection des ouvrages du réseau de distribution
Sur un réseau de distribution, les mêmes considérations peuvent s’appliquer, mais les conséquences d’un dysfonctionnement sont à une échelle moindre. C'est en général au niveau du réseau de distribution qu'on implante un plan de délestage électrique .
[modifier] Pour en savoir plus
Vous pouvez consulter le site
sur lequel les principes de fonctionnement des différents appareils utilisés sur les réseaux de transport sont décrits, ainsi que leur modalité d'installation et le calcul de leurs réglages.
Les informations contenues dans ce site proviennent essentiellement d'une expérience acquise sur le réseau d'Electricité de France, mais font aussi état de connaissances recueillies au cours de missions effectuées dans d'autres pays, ainsi que dans des groupes de travail internationaux.
Quelques informations sont aussi données sur les protections des groupes de production.
En revanche, la protection des réseaux de distribution n'est pas abordée.
