Guide de réarmement automatique : Fonctionnement et raisons de son utilisation par les services publics
1. Qu'est-ce qu'un réenclencheur?
Un réenclencheur est un interrupteur électrique haute tension automatisé. Similaire à un disjoncteur dans les systèmes électriques domestiques, il interrompt l'alimentation en cas de défaut, comme un court-circuit. Cependant, contrairement au disjoncteur domestique qui nécessite une remise manuelle, le réenclencheur surveille automatiquement la ligne et détermine si le défaut a disparu. Si le défaut est temporaire, le réenclencheur se referme automatiquement et restaure l'alimentation.
Les réenclencheurs sont largement utilisés dans les réseaux de distribution, des postes de transformation aux poteaux de distribution dans les zones résidentielles. Ils existent sous divers types, y compris des réenclencheurs monophasés compacts pour les lignes monophasées et des réenclencheurs triphasés plus grands pour les postes de transformation et les lignes de distribution haute tension jusqu'à 38 kV.
La conception et les performances des réenclencheurs sont régies par des normes internationales telles que ANSI/IEEE C37.60 et IEC 62271-111.
2. Pourquoi utiliser des réenclencheurs?
Les réenclencheurs automatiques sont considérés par les entreprises d'électricité du monde entier comme des dispositifs essentiels pour atteindre leur objectif principal : fournir la plus continue et fiable alimentation en électricité possible aux clients de manière simple et économique.
Les réenclencheurs peuvent détecter et interrompre les courants de défaut, puis restaurer automatiquement l'alimentation une fois que le défaut temporaire a disparu. En substance, un réenclencheur est un dispositif intelligent autonome capable de détecter les surintensités, de chronométrer, d'interrompre les courants de défaut et de se refermer automatiquement pour réalimenter la ligne.
Si le défaut est permanent, le réenclencheur se bloque après un nombre prédéfini d'opérations - généralement trois à quatre tentatives - isolant ainsi la section défectueuse du reste du système. Cette capacité permet aux entreprises d'électricité d'économiser un temps et des coûts opérationnels significatifs, car l'alimentation est souvent restaurée après seulement un ou deux clignotements de tension brefs, sans aucune intervention sur le terrain.
Dans les cas où l'envoi d'une équipe sur place est inévitable, les réenclencheurs aident à minimiser la zone de coupure et assistent le personnel de maintenance à localiser rapidement le défaut et à rétablir le service. Les clients résidentiels, commerciaux, industriels et institutionnels bénéficient tous d'une moindre perturbation et de coûts associés réduits. Sans ce haut niveau de fiabilité de l'approvisionnement, de nombreuses charges modernes critiques, telles que les ordinateurs, les pompes à eau et les lignes de production automatisées, auraient du mal à fonctionner de manière fiable.
3. Comment fonctionne un réenclencheur?
Lorsqu'un défaut se produit sur la ligne, le réenclencheur le détecte et interrompt automatiquement l'alimentation. Après un intervalle très court - souvent si bref qu'il ne cause qu'un clignotement de lumière momentané - le réenclencheur tente de se refermer et de rétablir l'alimentation. Si le défaut persiste, il interrompt à nouveau.
Après typiquement trois tentatives infructueuses, le réenclencheur classe le défaut comme permanent et reste ouvert (verrouillé). À ce stade, les équipes de l'entreprise doivent se rendre sur le site pour réparer l'infrastructure endommagée et remettre manuellement le réenclencheur en service pour rétablir l'alimentation.
Les défauts permanents typiques incluent :
Dommages causés par la foudre aux conducteurs ou à l'équipement
Chutes de branches d'arbres endommageant les lignes
Collisions de véhicules avec des poteaux ou des équipements
4. Quels sont les défauts temporaires?
La majorité des défauts sur les lignes aériennes de distribution sont temporaires. Des exemples incluent les coups de foudre, les conducteurs agités par le vent, ou les contacts momentanés causés par des oiseaux ou de petits animaux. Ces défauts se résolvent généralement d'eux-mêmes une fois l'alimentation interrompue et ne causent pas de dommages durables à la ligne.
Types courants de défauts temporaires :
Frottement des conducteurs causé par le vent
Flashover le long des surfaces d'isolateurs dus à une surtension induite par la foudre
Pontage momentané entre les conducteurs sous tension et les parties mises à la terre par des oiseaux, des rongeurs ou d'autres animaux
Branches d'arbres touchant brièvement les lignes sous tension
Surtensions de commutation causant un flashover des isolateurs
Les données opérationnelles à long terme et l'expérience sur le terrain montrent clairement l'importance de la fonction "déclenchement et réenclenchement". Si la ligne est dé-énergisée momentanément, la source du défaut disparaît souvent, rendant le réenclenchement réussi très probable. Ainsi, les réenclencheurs automatiques éliminent pratiquement les coupures prolongées causées par des défauts temporaires ou des surintensités transitoires dans les systèmes de distribution.
5. Types de réenclencheurs
5.1 Réenclencheurs monophasés
Les réenclencheurs monophasés sont utilisés pour protéger les circuits monophasés, tels que les lignes de branchement ou les dérivations d'un réseau triphasé. Ils peuvent également être déployés sur des circuits triphasés où la majorité de la charge est monophasée.
En cas de défaut permanent phase-terre, seule la phase affectée est verrouillée, tandis que les deux tiers restants du système continuent à alimenter, améliorant ainsi la continuité globale du service.
En raison de leur poids plus léger par rapport aux grands réenclencheurs triphasés, les unités monophasées sont généralement fixées directement sur les poteaux de distribution ou les structures d'acier des postes de transformation à l'aide de leurs supports intégrés, éliminant ainsi la nécessité de cadres de support supplémentaires.
En fonction de la conception, les disjoncteurs unipolaires peuvent être équipés d'un contrôle hydraulique (intégré dans le réservoir d'huile du disjoncteur) ou d'un contrôle électronique (logé dans un boîtier de commande séparé).
Il est à noter que les disjoncteurs unipolaires sont désormais également disponibles sous forme de coupe-circuit, représentant un niveau élevé d'intégration entre les composants primaires et secondaires. Ces appareils peuvent être installés directement sur des bases de montage standard de coupe-circuit et sont couramment utilisés pour la protection des circuits dérivés, avec des courants nominaux typiques allant jusqu'à 200 A.
Un fabricant représentatif est S&C Electric Company (États-Unis), dont le produit TripSaver® II illustre ce type, comme illustré ci-dessous :
5.2 Disjoncteurs triphasés
Les disjoncteurs triphasés sont utilisés sur les lignes de distribution triphasées pour améliorer la fiabilité du système. En cas de défaut permanent, les trois phases sont simultanément bloquées, évitant ainsi le risque de monophasage pour les charges triphasées critiques - telles que les grands moteurs triphasés - qui pourraient être endommagés par une alimentation en tension déséquilibrée ou incomplète.
Le choix d'un disjoncteur triphasé est basé sur les caractéristiques électriques requises, le moyen d'extinction et d'isolation (par exemple, l'huile, le vide ou les gaz respectueux de l'environnement), et le choix entre un contrôle hydraulique (intégré dans l'appareil) ou un contrôle électronique (logé dans un boîtier de commande séparé).
5.3 Mode de fonctionnement : Déclenchement triphasé et blocage triphasé
C'est le mode de fonctionnement standard pour les disjoncteurs plus grands. Qu'il s'agisse d'un défaut phase-terre, d'un défaut phase-phase ou d'un défaut triphasé, les trois pôles se déclenchent simultanément lors de chaque opération. Le déclenchement et la reclosure de toutes les trois phases sont mécaniquement liés et actionnés par un seul mécanisme, assurant un fonctionnement synchronisé.
Les disjoncteurs triphasés supportent diverses configurations de montage, y compris :
Cadres montés sur poteau (pour les installations aériennes)
Cadres de montage en poste (pour les applications en poste ou sur socle)
5.4 Disjoncteurs tri-unipolaires
Les disjoncteurs tri-unipolaires sont commandés électroniquement et offrent trois modes de fonctionnement :
Déclenchement triphasé et blocage triphasé
Toutes les trois phases se déclenchent simultanément en raison d'un surintensité, se reclosent simultanément et fonctionnent dans la même séquence.Déclenchement unipolaire et blocage triphasé
Chaque phase effectue indépendamment le déclenchement et la reclosure en cas de surintensité. Si l'une des phases entre en séquence de blocage en raison d'un défaut permanent, ou si une commande de "blocage" locale/à distance est émise, les deux autres phases se déclencheront également et entreront en blocage, évitant ainsi un monophasage prolongé des charges triphasées.Déclenchement unipolaire et blocage unipolaire
Chaque phase se déclenche et se bloque indépendamment, sans affecter les autres. Ce mode est principalement utilisé pour les charges résidentielles, ou dans des scénarios où les charges triphasées sont déjà protégées contre le monophasage par d'autres moyens.
Les disjoncteurs tri-unipolaires peuvent être montés sur des poteaux à l'aide d'un cadre de montage sur poteau, ou installés sur des cadres de poste ou directement sur des structures en acier de poste.
6. Types de contrôle des disjoncteurs
L'"intelligence" qui permet à un disjoncteur de détecter une surintensité, de sélectionner les caractéristiques temps-intensité, d'effectuer les opérations de déclenchement et de reclosure, et finalement de bloquer, provient de son système de contrôle. Il existe deux types principaux de contrôle : le contrôle hydraulique intégré et le contrôle électronique logé dans un boîtier de commande séparé.
Contrôle hydraulique
Le contrôle hydraulique est largement utilisé dans la plupart des disjoncteurs unipolaires et certains disjoncteurs triphasés. Il fait partie intégrante du disjoncteur lui-même. Avec cette méthode de contrôle, la surintensité est détectée par une bobine de déclenchement connectée en série avec la ligne. Lorsqu'une surintensité traverse la bobine de déclenchement, celle-ci tire un piston, provoquant l'ouverture des contacts du disjoncteur.
La temporisation et les opérations de séquence sont réalisées par l'huile hydraulique circulant à travers différents chambres hydrauliques ou orifices. Dans les disjoncteurs plus petits, l'énergie nécessaire pour la reclosure est fournie par des ressorts, qui sont chargés par le piston de la bobine de déclenchement en série pendant l'opération de protection contre la surintensité. Dans les disjoncteurs plus grands, la fermeture est effectuée par un solénoïde de fermeture distinct alimenté par la tension de la source côté source du disjoncteur.
7. Contrôle à base de microprocesseur ou contrôle électronique
Les systèmes de contrôle des disjoncteurs à base de microprocesseur ou électronique sont généralement installés dans des boîtiers de commande séparés, permettant d'ajuster les paramètres de fonctionnement à tout moment. Ils peuvent être combinés avec divers accessoires pour personnaliser les fonctions de base afin de répondre à une large gamme de besoins d'application. Comparativement au contrôle hydraulique, ces méthodes de contrôle offrent une plus grande flexibilité, une programmation et une personnalisation des paramètres plus faciles, ainsi que des capacités avancées de protection, de mesure et d'automatisation.
La commande à base de microprocesseur est généralement utilisée en conjonction avec un logiciel d'interface basé sur PC pour configurer les paramètres de commande, enregistrer les données de comptage et définir les paramètres de communication. Le système de commande offre également de nombreux outils d'analyse, y compris la localisation des pannes, l'enregistrement des événements et les fonctions d'oscillographie. La commande électronique a été largement appliquée à la plupart des réenclencheurs triphasés depuis le milieu des années 1980, et de nombreuses de ces unités restent en opération fiable aujourd'hui.
8. Milieux d'interruption des réenclencheurs
8.1 Interruptrices à huile
Les réenclencheurs qui utilisent l'huile pour interrompre le courant emploient la même huile comme principal milieu d'isolation. Certains réenclencheurs à commande hydraulique utilisent également cette même huile pour effectuer des fonctions de temporisation et de comptage.
8.2 Interruptrices sous vide
Les interruptrices sous vide permettent une interruption d'arc rapide et à faible énergie, offrant des avantages tels qu'une longue durée de vie des contacts et des interruptrices, un faible stress mécanique et une grande sécurité opérationnelle. Puisque l'arc est éteint dans le vide, la durée de vie des contacts et des interruptrices dépasse largement celle des autres milieux d'interruption. En fonction du modèle, le milieu d'isolation pour les réenclencheurs sous vide peut être l'huile, l'air ou l'époxy.
