Méthodes d'atténuation des surtensions de commutation dans les réseaux à très haute tension
Insertion Rapide de Réacteurs Parallèles
Objectif:
Les réacteurs parallèles sont principalement utilisés pour compenser la capacité des longues lignes de transport, qui peut entraîner des surtensions et des problèmes de puissance réactive. Ils offrent un avantage secondaire en réduisant les surtensions de commutation lorsqu'ils sont connectés, mais ce n'est généralement pas la raison principale pour laquelle les entreprises d'électricité les installent. Les objectifs principaux des réacteurs parallèles incluent:
Compensation de Capacité: Les longues lignes de transport ont une capacité significative, surtout aux niveaux de Tension Très Haute (TTH). Cette capacité peut causer des surtensions, particulièrement pendant des conditions de charge légère ou lorsque la ligne est ouverte. Les réacteurs parallèles aident à atténuer ces surtensions en fournissant une charge réactive qui contrebalance les effets capacitifs.
Réduction des Surtensions de Commutation: Bien que ce ne soit pas l'objectif principal, les réacteurs parallèles peuvent également réduire les surtensions de commutation. Lorsqu'un disjoncteur s'ouvre ou se ferme, des surtensions transitoires peuvent se produire. Les réacteurs parallèles peuvent absorber certaines de ces transitoires, réduisant ainsi l'amplitude des surtensions.
Application:
Les réacteurs parallèles sont généralement installés dans des postes électriques le long de longues lignes de transport, en particulier dans les systèmes TTH où l'effet capacitif est plus prononcé.
Ils ne sont généralement pas ajoutés uniquement pour réduire les surtensions de commutation car d'autres mesures (comme les résistances de fermeture ou la fermeture contrôlée) sont plus efficaces pour cet objectif spécifique.
Résistances de Fermeture
Objectif:
Les résistances de fermeture sont utilisées pour limiter la montée de tension au point de réception d'une ligne de transport lorsqu'elle est alimentée. L'objectif principal est de maintenir la tension dans des limites acceptables, généralement autour de 2 unités per unité (u.u.), pour prévenir les dommages aux équipements et assurer la stabilité du système.
Fonctionnement:
Lorsqu'une ligne de transport est alimentée, un soudain afflux de courant peut causer une montée de tension significative au point de réception, conduisant à des conditions de surtension.
Les résistances de fermeture sont temporairement connectées en série avec le disjoncteur pendant l'opération de fermeture. Elles limitent l'afflux initial de courant et amortissent les transitoires résultants, empêchant ainsi la tension de dépasser 2 u.u.
Une fois que les transitoires se sont dissipés, les résistances sont court-circuitées, et la ligne fonctionne normalement.
Avantages:
Limitation de Tension: Maintient la tension au point de réception dans des limites sûres, protégeant les équipements et assurant un fonctionnement stable.
Suppression des Transitoires: Réduit l'amplitude des surtensions de commutation, ce qui est particulièrement important dans les systèmes TTH.
Fermeture Décalée des Pôles
Principe:
La fermeture décalée des pôles consiste à fermer les pôles individuels d'un disjoncteur triphasé un demi-cycle à part. L'idée est de permettre aux transitoires de la première phase de s'atténuer avant que la phase suivante ne soit fermée, réduisant ainsi la probabilité de surtensions sévères.
Fonctionnement:
Dans un système triphasé, chaque phase est fermée séquentiellement, avec un délai d'un demi-cycle (10 ms à 50 Hz ou 8,33 ms à 60 Hz) entre chaque phase.
En décalant la fermeture, les transitoires générés par la première phase ont le temps de décroître avant que la phase suivante ne soit alimentée. Cela réduit l'effet cumulatif des transitoires et minimise le risque d'événements de surtension.
Avantages:
Atténuation des Transitoires: Permet aux transitoires de la première phase de se dissiper avant que la phase suivante ne soit fermée, réduisant la gravité globale des surtensions.
Mise en Œuvre Simplifiée: Nécessite des systèmes de contrôle complexes, rendant cette méthode relativement simple et économique pour atténuer les surtensions.
Parafoudres Terminaux de Ligne
Objectif:
Les parafoudres terminaux de ligne sont installés aux extrémités des lignes de transport pour protéger contre les surtensions causées par les coups de foudre ou les opérations de commutation. Ils limitent les surtensions aux points où ils sont installés au niveau de protection du parafoudre.
Fonctionnement:
Les parafoudres sont conçus pour conduire l'énergie excédentaire hors du système lorsque les surtensions dépassent un certain seuil. Ils clament la tension à un niveau sûr, prévenant les dommages aux équipements et assurant l'intégrité du système de transport.
Typiquement, les parafoudres sont placés aux deux extrémités de la ligne de transport (terminaux d'envoi et de réception). Cependant, ils ne limitent les surtensions qu'à ces emplacements spécifiques et ne fournissent pas de protection le long de toute la longueur de la ligne.
Avantages:
Protection Contre les Surtensions: Protège efficacement les équipements aux terminaux de ligne des surtensions causées par la foudre ou la commutation.
Protection Ciblée: Fournit une protection focalisée aux points critiques du système sans nécessiter d'équipements supplémentaires le long de toute la ligne.
Fermeture Contrôlée
Principe:
La fermeture contrôlée est une mesure de mitigation avancée qui utilise un contrôleur dynamique pour analyser la différence de tension à travers le disjoncteur, prédire les futurs minima de tension, et fermer le disjoncteur au moment optimal pour minimiser les surtensions. Le processus entier doit être complété en moins de 0,5 seconde pour être efficace.
Fonctionnement:
Un contrôleur dynamique surveille en continu la différence de tension à travers le disjoncteur.
Il identifie les points de tension minimum et prédit quand les futurs minima se produiront.
Le contrôleur ferme alors le disjoncteur au point de tension minimum prédit, assurant que la fermeture se produit pendant une période de basse tension et minimisant le risque de surtension.
Cette méthode nécessite des algorithmes de contrôle rapides et précis, ainsi qu'un timing précis pour s'assurer que le disjoncteur se ferme au moment optimal.
Avantages:
Surtensions Minimisées: En fermant le disjoncteur au point de tension optimal, la fermeture contrôlée réduit considérablement l'amplitude des surtensions.
Stabilité Améliorée du Système: Aide à maintenir la stabilité du système en empêchant les surtensions excessives lors de l'alimentation de la ligne.
Technologie Avancée: Offre une solution plus sophistiquée et efficace comparée aux méthodes traditionnelles comme la fermeture décalée des pôles ou les résistances de fermeture.
Profil de Surtension dans les Lignes Longues TTH
Le graphique montrant le profil de surtension dans une ligne longue TTH démontre l'efficacité des différentes options de limitation de surtension. Chaque méthode a son propre impact sur les niveaux de surtension, et le choix de la méthode dépend des exigences spécifiques du système.
Insertion Rapide de Réacteurs Parallèles: Réduit les surtensions dues à la capacité de ligne et fournit une certaine réduction des surtensions de commutation.
Résistances de Fermeture: Limite la tension au point de réception à 2 u.u., contrôlant efficacement les surtensions lors de l'alimentation de la ligne.
Fermeture Décalée des Pôles: Réduit l'effet cumulatif des transitoires en leur permettant de s'atténuer entre les fermetures de phase.
Parafoudres Terminaux de Ligne: Protègent les terminaux de ligne des surtensions mais ne fournissent pas de protection le long de toute la ligne.
Fermeture Contrôlée: Minimise les surtensions en fermant le disjoncteur au point de tension optimal, offrant le meilleur contrôle sur les surtensions transitoires.
Chacune de ces méthodes peut être utilisée individuellement ou en combinaison pour atteindre la mitigation de surtension souhaitée dans les lignes longues TTH, en fonction des besoins et des contraintes spécifiques du système.
