Qu'est-ce que le matériel de haute tension ?

Qu'est-ce que le matériel de distribution haute tension?

Définition du matériel de distribution haute tension

Le matériel de distribution haute tension est défini comme un équipement qui gère les tensions supérieures à 36 kV pour assurer une distribution d'énergie sûre et efficace.

Composants principaux

Les disjoncteurs haute tension, tels que les disjoncteurs à air comprimé, à huile, à SF6 et sous vide, sont essentiels pour interrompre les courants de haute tension.

Caractéristiques essentielles des disjoncteurs haute tension

Les caractéristiques essentielles à fournir dans les disjoncteurs haute tension, pour assurer un fonctionnement sûr et fiable, doivent permettre une opération sûre pour,

• Les défauts terminaux.

• Les défauts sur ligne courte.

• Le courant de magnétisation des transformateurs ou des réacteurs.

• L'alimentation des lignes de transmission longues.

• La charge des banques de condensateurs.

• Le basculement hors de la séquence de phase.

Disjoncteur à air comprimé

Dans cette conception, un jet d'air comprimé à haute pression est utilisé pour éteindre l'arc entre deux contacts en cours de séparation, lorsque l'ionisation de la colonne d'arc est minimale au passage par zéro du courant.

Disjoncteur à huile

Ce type est classé en disjoncteur à grande quantité d'huile (BOCB) et en disjoncteur à petite quantité d'huile (MOCB). Dans le BOCB, l'unité d'interruption est placée à l'intérieur d'un réservoir d'huile à potentiel de terre. L'huile est utilisée comme milieu d'isolation et d'interruption. Dans le MOCB, par contre, la nécessité d'huile isolante peut être minimisée en plaçant les unités d'interruption dans une chambre isolante à potentiel vif sur une colonne isolante.

Disjoncteur à SF6

Le gaz SF6 est couramment utilisé comme milieu d'extinction d'arc dans les applications haute tension. Le gaz hexafluorure de soufre est fortement électronegatif, avec d'excellentes propriétés diélectriques et d'extinction d'arc. Ces propriétés permettent de concevoir des disjoncteurs haute tension avec des dimensions plus petites et des espacements de contact plus courts. Sa capacité d'isolation supérieure aide également à construire des postes de distribution intérieurs pour les systèmes haute tension.

Disjoncteur sous vide

Dans le vide, il n'y a pas d'ionisation supplémentaire entre deux contacts porteurs de courant séparés, après le passage par zéro du courant. L'arc initial, causé par ce courant, s'éteindra dès le prochain passage par zéro, mais comme il n'y a pas de provision pour une ionisation supplémentaire une fois que le courant a passé son premier zéro, l'extinction de l'arc est achevée. Bien que la méthode d'extinction de l'arc soit très rapide dans le VCB, elle n'est pas encore une solution appropriée pour le matériel de distribution haute tension, car le VCB conçu pour des niveaux de tension très élevés n'est pas économique du tout.

Types de matériel de distribution

• Type intérieur isolé au gaz (GIS),

• Type extérieur isolé à l'air.

Gestion des défauts

Généralement, la charge connectée au système d'énergie est de nature inductive. En raison de cette inductance, lorsque le courant de court-circuit est juste interrompu par un disjoncteur, il y a un risque de tension de reprise élevée d'oscillation à haute fréquence de l'ordre de quelques centaines d'Hz. Cette tension comporte deux parties

Tension de reprise transitoire avec oscillation à haute fréquence immédiatement après l'extinction de l'arc.Après la décroissance de cette oscillation à haute fréquence, la tension de reprise à fréquence de réseau apparaît entre les contacts du disjoncteur.

Tension de reprise transitoire

Juste après l'extinction de l'arc, la tension de reprise transitoire apparaît entre les contacts du disjoncteur, avec une fréquence élevée. Cette tension de reprise transitoire finit par s'approcher de la tension à circuit ouvert. Cette tension de reprise peut être représentée par

La fréquence d'oscillation est gouvernée par les paramètres du circuit L et C. La résistance présente dans le circuit d'énergie amortit cette tension transitoire. La tension de reprise transitoire n'a pas une seule fréquence, c'est une combinaison de nombreuses fréquences différentes en raison de la complexité du réseau d'énergie.

Tension de reprise à fréquence de réseau

Cela n'est rien d'autre que la tension à circuit ouvert qui apparaît entre les contacts du disjoncteur, juste après que la tension de reprise transitoire a été amortie. Dans un système triphasé, la tension de reprise à fréquence de réseau diffère selon les phases. Elle est la plus élevée dans la première phase. 

Si le neutre du réseau n'est pas mis à la terre, la tension entre le premier pôle à être éteint est de 1,5U, où U est la tension de phase. Dans un système à neutre mis à la terre, elle sera de 1,3U. En utilisant une résistance d'amortissement, la magnitude et la vitesse de montée de la tension de reprise transitoire peuvent être limitées. 

La récupération diélectrique du milieu d'extinction de l'arc et la vitesse de montée de la tension de reprise transitoire ont une grande influence sur la performance du disjoncteur utilisé dans le système de matériel de distribution haute tension. Dans un disjoncteur à air comprimé, une fois que l'air ionisé est dé-ionisé lentement, l'air met beaucoup de temps à récupérer sa force diélectrique. 

C'est pourquoi il est préférable d'utiliser une résistance de disjoncteur de faible valeur pour ralentir la vitesse de montée de la tension de reprise.

D'autre part, le disjoncteur à air comprimé est moins sensible à la tension de reprise initiale en raison de la tension d'arc élevée. Dans le disjoncteur à SF6, le milieu d'interruption (SF6) a une vitesse de récupération de la force diélectrique plus rapide que l'air. Une tension d'arc plus faible rend le disjoncteur à SF6 plus sensible à la tension de reprise initiale.

Dans le disjoncteur à huile, pendant l'arc, le gaz d'hydrogène sous pression (produit lors de la recomposition de l'huile due à la température de l'arc) fournit une récupération rapide de la force diélectrique immédiatement après le passage par zéro du courant. Ainsi, le disjoncteur à huile est plus sensible à la vitesse de montée de la tension de reprise. Il est également plus sensible à la tension de reprise transitoire initiale.

Défaut sur ligne courte

Un défaut sur ligne courte dans le réseau de transport est défini comme un court-circuit survenant dans un rayon de 5 km de la longueur de la ligne. Une fréquence double est imposée au disjoncteur et la différence de tension de reprise transitoire entre le côté source et le côté ligne, les deux tensions commencent par des valeurs instantanées à l'opposition des disjoncteurs avant l'interruption.

Du côté de l'alimentation, la tension oscillera à la fréquence de l'alimentation et finira par s'approcher de la tension à circuit ouvert. Du côté de la ligne, après l'interruption, les charges piégées initialement se propagent sous forme d'ondes de voyage le long de la ligne de transport. Comme il n'y a pas de tension d'entraînement du côté de l'alimentation, la tension finit par devenir nulle en raison des pertes de ligne.