Types de Défauts dans le Système Électrique

Défauts des Systèmes Électriques : Définition et Classification

Un défaut dans un système électrique est défini comme une anomalie ou un défaut qui provoque le déviation du courant électrique de son trajet prévu. Lorsqu'un défaut se produit, il crée des conditions de fonctionnement anormales, principalement en réduisant la résistance d'isolement entre les conducteurs. Cette dégradation de l'isolement peut entraîner des dommages graves aux composants du système électrique, perturber l'alimentation normale d'électricité et poser des risques de sécurité.

Les défauts des systèmes électriques sont principalement classés en deux types principaux :

• Défaut de Circuit Ouvert : Ce type de défaut se produit lorsqu'il y a une rupture ou une discontinuité dans le circuit électrique, empêchant le flux normal du courant. Il peut résulter de conducteurs endommagés, de connexions lâches ou de la panne de composants électriques.

• Défaut de Court-Circuit : Dans un défaut de court-circuit, il y a un chemin de faible résistance non prévu entre deux conducteurs ou plus, causant un grand flux de courant. Cela peut être dû à une rupture d'isolement, à un contact physique entre les conducteurs ou à des pannes d'équipement.

Les différents sous-types et manifestations de ces défauts de systèmes électriques sont illustrés dans l'image fournie ci-dessous.

Causes et Classification des Défauts des Systèmes Électriques

Les défauts des systèmes électriques peuvent survenir en raison de nombreuses perturbations naturelles. Des événements tels que les coups de foudre, les vents violents et les séismes peuvent tous déclencher des défauts. La foudre, avec ses décharges électriques intenses, peut endommager l'isolation et perturber le flux normal du courant. Les vents rapides peuvent renverser les lignes électriques ou faire osciller les conducteurs pour qu'ils entrent en contact avec d'autres objets, tandis que les séismes peuvent déplacer l'infrastructure, entraînant des conducteurs cassés et des composants électriques endommagés.

Les défauts peuvent également être le résultat de divers accidents. Par exemple, un arbre tombant sur des lignes électriques, un véhicule heurtant une structure de soutien ou un avion s'écrasant sur l'infrastructure électrique peuvent tous entraîner des perturbations dans le système électrique. Ces événements accidentels peuvent endommager directement les conducteurs, les isolateurs ou d'autres parties vitales du réseau électrique, causant ainsi des défauts.

1. Défaut de Circuit Ouvert

Un défaut de circuit ouvert survient principalement lorsque un ou deux conducteurs échouent. Puisque ce type de défaut se produit en série avec la ligne électrique, il est également connu sous le nom de défaut en série. Les défauts de circuit ouvert ont un impact significatif sur la fiabilité du système électrique, entraînant souvent des perturbations de l'alimentation en électricité et des dommages potentiels aux équipements connectés.

Les défauts de circuit ouvert peuvent être catégorisés en types supplémentaires :

• Défaut de Conducteur Ouvert : Cela se produit lorsque un seul conducteur dans le circuit électrique se rompt ou est déconnecté, perturbant le flux de courant à travers ce chemin particulier.

• Défaut de Deux Conducteurs Ouverts : Dans ce scénario, deux des conducteurs du système échouent, créant une perturbation plus grave au flux électrique. Ce type de défaut peut conduire à des conditions déséquilibrées et peut causer un stress supplémentaire sur les composants restants du système.

• Défaut de Trois Conducteurs Ouverts : La forme la plus rare et la plus grave de défaut de circuit ouvert, implique l'échec de tous les trois conducteurs dans un système triphasé. Cela entraîne une perte complète de la transmission d'énergie et peut avoir des conséquences étendues pour le réseau électrique et les charges connectées.

Les différentes configurations de défauts de circuit ouvert sont illustrées dans la figure ci-dessous, fournissant une représentation visuelle de la manière dont ces défauts se manifestent dans le système électrique.

2. Défaut de Court-Circuit

Un défaut de court-circuit se produit lorsque des conducteurs de phases différentes entrent en contact les uns avec les autres dans une ligne électrique, un transformateur ou d'autres éléments de circuit. Ce raccordement involontaire provoque un flux important de courant à travers une ou deux phases du système électrique. Les défauts de court-circuit peuvent être classifiés en deux catégories principales : symétriques et asymétriques.

Défaut Symétrique

Les défauts symétriques sont ceux qui impliquent les trois phases d'un système électrique. Remarquablement, ces défauts maintiennent un état d'équilibre même après l'événement de défaut. Les défauts symétriques se produisent principalement aux bornes des générateurs. L'initiation de tels défauts peut être attribuée à divers facteurs, tels que la résistance de l'arc électrique formé entre les conducteurs pendant le défaut ou la présence d'une faible résistance de fondation dans le système de mise à la terre.

Les défauts symétriques sont subdivisés en deux types distincts : défaut phase-phase-phase et défaut triphasé phase-terre.

a. Défaut Phase-Phase-Phase

Les défauts phase-phase-phase (P-P-P) sont caractérisés par leur nature équilibrée. Même après le défaut, le système électrique conserve sa symétrie. Bien que relativement rares, les défauts P-P-P sont parmi les types de défauts de court-circuit les plus graves. Ils génèrent les plus grands courants de défaut dans le système, qui jouent un rôle crucial dans la détermination des exigences de classification des disjoncteurs. La capacité des disjoncteurs à interrompre ces courants de très haute intensité de manière sûre et efficace est directement informée par les caractéristiques des défauts P-P-P, en faisant un élément clé dans la conception et la protection des systèmes électriques.

b. P–P–P–T (Défaut Triphasé Phase-Terre)

Un défaut triphasé phase-terre (P–P–P–T) englobe toutes les trois phases du système électrique. Dans ce scénario de défaut, une connexion est établie entre toutes les trois phases et la terre du système. Bien que moins courant comparé à certains autres types de défauts, le défaut P–P–P–T revêt une importance significative dans l'analyse des systèmes électriques. Statistiquement, la probabilité de survenue d'un tel défaut est d'environ 2 à 3 pour cent. Malgré cette probabilité relativement faible, lorsque un défaut P–P–P–T se produit, il peut générer des courants de défaut importants et causer des perturbations généralisées au système électrique, nécessitant des mesures de protection robustes et une considération attentive dans la conception et l'exploitation du système.

Défaut Asymétrique

Un défaut asymétrique est défini comme une condition dans le système électrique qui génère des courants asymétriques, où les amplitudes et les phases des courants dans les trois phases diffèrent considérablement les unes des autres. Ce type de défaut implique généralement une ou deux phases, tels que le défaut phase-terre (P-T), phase-phase (P-P) ou double phase-terre (P-P-T). En raison de ces défauts, le système électrique devient déséquilibré, ce qui peut entraîner divers problèmes opérationnels et des dommages potentiels aux équipements.

Les défauts asymétriques peuvent être principalement classifiés en trois types distincts :

• Défaut Simple Phase-Terre (P–T)

• Défaut Phase-Phase (P–P)

• Défaut Double Phase-Terre (P–P–T)

Parmi tous les types de défauts de systèmes électriques, les défauts asymétriques sont les plus courants.

1. Défaut Simple Phase-Terre (P–T)

Un défaut simple phase-terre se produit lorsque l'un des conducteurs entre en contact avec la terre ou touche le conducteur neutre. Ce type de défaut est extrêmement prévalent, représentant environ 70 à 80 pour cent de tous les défauts qui se produisent dans les systèmes électriques. Sa fréquence élevée de survenue en fait une préoccupation critique pour les opérateurs et ingénieurs de systèmes électriques, qui doivent mettre en œuvre des mesures de protection efficaces pour atténuer ses impacts potentiels sur la stabilité et la fiabilité du système.

3. Défaut Double Phase-Terre (P–P–T)

Dans un défaut double phase-terre, deux conducteurs entrent simultanément en contact les uns avec les autres et avec la terre. Ce scénario de défaut crée un chemin électrique complexe qui perturbe le fonctionnement normal du système électrique. Bien que moins courant que les défauts simples phase-terre, les défauts doubles phase-terre posent toujours des risques significatifs pour la stabilité du système et l'intégrité des équipements. Statistiquement, la probabilité d'un défaut double phase-terre est d'environ 10% de tous les défauts de systèmes électriques. Cette probabilité relativement faible mais non négligeable souligne l'importance d'incorporer des stratégies de protection et d'atténuation exhaustives dans les systèmes électriques pour protéger contre les dommages potentiels et les perturbations opérationnelles causés par de tels défauts.