Qu'est-ce que la coordination de l'isolation dans un système électrique

Qu'est-ce que la coordination de l'isolation dans un système électrique?

Définition de la coordination de l'isolation

La coordination de l'isolation est l'arrangement stratégique des isolations électriques pour minimiser les dommages au système et assurer des réparations faciles en cas de défaillance.

Tensions du système

Comprendre les tensions nominale et maximale du système est crucial pour concevoir l'isolation d'un système électrique capable de gérer différentes conditions opérationnelles.

Tension nominale du système

La tension nominale du système est la tension phase à phase du système pour lequel le système est normalement conçu. Par exemple, 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Tension maximale du système

La tension maximale du système est la tension de fréquence d'alimentation maximale admissible qui peut se produire pendant une longue période lorsqu'il n'y a pas de charge ou une faible charge sur le système électrique. Elle est également mesurée en phase à phase.

Voici une liste des différentes tensions nominales du système et de leurs tensions maximales correspondantes pour référence,

NB – Il est observé dans le tableau ci-dessus que généralement, la tension maximale du système est de 110 % de la tension nominale correspondante jusqu'à un niveau de tension de 220 kV, et pour 400 kV et plus, c'est de 105 %.

Facteur de mise à la terre

C'est le rapport entre la tension efficace de fréquence d'alimentation phase à terre la plus élevée sur une phase saine pendant une panne à la terre et la tension efficace phase à phase de fréquence d'alimentation qui serait obtenue à l'emplacement sélectionné sans la panne.

Ce rapport caractérise, en termes généraux, les conditions de mise à la terre d'un système telles qu'elles sont perçues depuis l'emplacement de la panne sélectionné.

Système effectivement mis à la terre

Un système est dit effectivement mis à la terre si le facteur de mise à la terre n'excède pas 80 % et non effectivement mis à la terre s'il dépasse ce seuil.

Le facteur de mise à la terre est de 100 % pour un système avec neutre isolé, tandis qu'il est de 57,7 % (1/√3 = 0,577) pour un système solidement mis à la terre.

Niveau d'isolation

Chaque équipement électrique doit subir différentes situations de surtension transitoire anormale à différents moments au cours de sa durée totale de service. L'équipement peut devoir résister aux impulsions de foudre, aux impulsions de commutation et/ou aux surtensions de fréquence d'alimentation de courte durée. Le niveau d'isolation du système haute tension est déterminé en fonction du niveau maximal d'impulsions de tension et de surtensions de fréquence d'alimentation de courte durée que chaque composant du système électrique peut supporter.

Lors de la détermination du niveau d'isolation d'un système dont la tension nominale est inférieure à 300 kV, on considère la tension de tenue à l'impulsion de foudre et la tension de tenue à la surtension de fréquence d'alimentation de courte durée. Pour les équipements dont la tension nominale est supérieure ou égale à 300 kV, on considère la tension de tenue à l'impulsion de commutation et la tension de tenue à la surtension de fréquence d'alimentation de courte durée.

Tension d'impulsion de foudre

Les perturbations du système dues à la foudre naturelle peuvent être représentées par trois formes d'ondes de base différentes. Si une impulsion de foudre parcourt une certaine distance le long de la ligne de transmission avant d'atteindre un isolateur, sa forme d'onde s'approche de l'onde complète, et cette onde est appelée onde 1,2/50. Si, pendant son trajet, l'onde de perturbation de foudre provoque un flashover sur un isolateur, la forme de l'onde devient une onde tronquée. Si un coup de foudre frappe directement l'isolateur, la tension d'impulsion de foudre peut monter rapidement jusqu'à ce qu'elle soit soulagée par un flashover, causant une chute de tension très rapide et abrupte. Ces trois ondes sont assez différentes en durée et en forme.

Impulsion de commutation

Pendant les opérations de commutation, il peut apparaître une tension unipolaire dans le système. La forme d'onde de celle-ci peut être périodiquement amortie ou oscillante. La forme d'onde de l'impulsion de commutation a un front raide et une queue oscillante amortie longue.

Tension de tenue à la surtension de fréquence d'alimentation de courte durée

La tension de tenue à la surtension de fréquence d'alimentation de courte durée est la valeur efficace prescrite de la tension sinusoïdale de fréquence d'alimentation que l'équipement électrique doit supporter pendant une période spécifique, généralement 60 secondes.

Dispositifs de protection

Les dispositifs de protection contre les surtensions, tels que les parafoudres, sont conçus pour résister à un certain niveau de surtension transitoire au-delà duquel les dispositifs drainent l'énergie de l'impulsion vers le sol, maintenant ainsi le niveau de surtension transitoire à un niveau spécifique. Ainsi, la surtension transitoire ne peut pas dépasser ce niveau. Le niveau de protection des dispositifs de protection contre les surtensions est la valeur maximale de tension de crête qui ne doit pas être dépassée aux bornes du dispositif de protection contre les surtensions lorsque des impulsions de commutation et de foudre sont appliquées.

Utilisation du fil de protection ou du fil de terre

Les surtensions dans les lignes de transmission aériennes peuvent résulter de coups de foudre directs. L'installation d'un fil de protection ou de terre au-dessus du conducteur supérieur à une hauteur appropriée peut protéger ces lignes. Si ce fil de protection est correctement connecté à la tour de transmission et que la tour est bien mise à la terre, il peut empêcher les coups de foudre directs sur tout conducteur situé dans l'angle de protection du fil de terre. Les fils de protection protègent également les postes électriques et leur équipement contre la foudre.

Méthode conventionnelle de coordination de l'isolation

Comme discuté, les composants d'un système électrique peuvent être soumis à des niveaux variables de contraintes de tension transitoire, y compris les impulsions de commutation et de foudre. L'utilisation de dispositifs de protection comme les parafoudres peut limiter l'amplitude maximale de ces surtensions transitoires. En maintenant les niveaux d'isolation au-dessus du niveau de protection des dispositifs de protection, la probabilité de rupture de l'isolation est minimisée. Cela garantit que toute surtension transitoire atteignant l'isolation reste dans les limites sûres définies par le niveau de protection.

Généralement, le niveau d'isolation d'impulsion est établi à 15 à 25 % au-dessus du niveau de tension de protection des dispositifs de protection.

Méthodes statistiques de coordination de l'isolation

Pour les tensions de transmission plus élevées, la longueur des chaînes d'isolateurs et les espacements dans l'air n'augmentent pas linéairement avec la tension, mais approximativement à V1,6. Le nombre requis de disques d'isolateur dans une chaîne de suspension pour différentes surtensions est indiqué ci-dessous. On constate qu'il n'y a qu'une légère augmentation du nombre de disques pour un système de 220 kV, avec l'augmentation du facteur de surtension de 2 à 3,5, mais qu'il y a une augmentation rapide pour un système de 750 kV. Ainsi, bien qu'il puisse être économiquement viable de protéger les lignes de tension inférieure jusqu'à un facteur de surtension de 3,5 (disons), il n'est définitivement pas économiquement viable d'avoir un facteur de surtension de plus de 2 à 2,5 sur les lignes de tension supérieure. Dans les systèmes de tension supérieure, ce sont les surtensions de commutation qui prédominent. Cependant, celles-ci peuvent être contrôlées par une conception appropriée des dispositifs de commutation.

Efficacité économique

La coordination de l'isolation doit équilibrer les exigences techniques avec la faisabilité économique, en particulier pour les tensions plus élevées.