Les dfauts dans les rseaux lectriques

III.1 Introduction

Le court-circuit reprsente le test le plus svre pour valider les modles de systmes

connects sur un rseau lectrique. Alors le risque dapparition dun incident sur le

rseau nest pas nul car li de nombreux paramtres alatoires [30] [31] [32]. Ainsi,

les courts circuits peuvent avoir diverses origines :

Electriques : Cest laltration des isolants des matriels de rseau, par

exemple. En effet, les matriels lectriques que lon trouve sur le rseau ou dans

les postes comportent des isolants (solides, liquides ou gazeux) constitus

dassemblages plus ou moins complexes placs entre les parties sous tension et

la masse. Ces isolants subissent des dgradations au cours du temps qui

conduisent des dfauts disolement et donc des court-circuits.

Atmosphriques : Les lignes ariennes sont soumises aux perturbations extrieures

telles que la foudre, les temptes ou le givre.

Mcaniques :Cest la chute dun corps sur un conducteur ou la dgradation

mcanique de conducteurs conscutive des agressions extrieures par des

engins de terrassement par exemple.

Humaines : Ce sont les fausses manuvres telles louverture dun sectionneur en

charge par exemple.

III.2 Caractristiques des dfauts [33] [34]

Les dfauts sont caractrises par leur forme, leur dure et lintensit du courant .on utilise

souvent, comme lElectrotechnicien des rseaux, le terme de dfaut pour les dsigner.

III.2.1 Forme ou types des dfauts (Figure IV.1)

Les dfauts triphass PPP : entre les trois phases du rseau avec ou sans liaison la

terre

Les dfauts biphass PP: entre deux phases du rseau.

Les dfauts biphass la terre PPT : entre deux phases du rseau et la terre.

Les dfauts monophass PT: entre une phase du rseau et la terre

Le premier type, appel aussi triphass symtriques, est peu frquent, mais la

connaissance de sa valeur est trs utile afin dassurer une protection adquate des

rseaux lectriques ; car llment de base charg de cette fonction protection est le

disjoncteur ; pour quun disjoncteur fonctionne correctement, il faut que son pouvoir de

coupure doit tre suprieur au courant maximum dun court-circuit PDC > [35]

Les trois derniers types sont plus frquents et peuvent donner lieu des courants de court-

circuits levs.

Figure III.1 - Diffrents ty pes de dfauts

III.2.2 Dure des courtscircuits

Un dfaut est toujours le rsultat dun manque disolement ; Si ce manque disolement

est durable , le court circuit est dit permanent dans le cas contraire est appel fugitif

III.2.3 Intensit du courant de court- circuit

Lintensit du courant de court-circuit est une caractristique importante, elle dtermine

la svrit de la contrainte applique au rseau et au matriel en dfaut.Elle dpend de la

forme des courts-circuits et, pour ceux impliquant la terre, du mode de mise la terre

des points neutres.

III.5 Calcul du courant de court-circuit [38] [39]

III.5.1 Les hypothses de base

Afin daboutir des quations simples tout en gardant une prcision acceptable et par excs,

il est admis les hy pothses simplificatrices suivantes :

Le rseau triphas est symtrique ;

Le rseau considr est radial et sa tension nominale est de 230 kV, limite

donne par la norme CEI 909 ;

Le courant de court-circuit, lors dun dfaut triphas est supposstablir

simultanment sur les trois phases ;

Pendant la dure du court-circuit, le nombre de phases concernes nest pas

modifi : un dfaut biphas reste biphas, de mme un dfaut triphas reste

triphas ;(pas de dfaut volutif).

Pendant toute la dure du court-circuit, les tensions qui ont provoqu la circulation

du courant etlimpdance de court-circuit ne changent pas de faon significative ;

Les changeurs de prises ou les rgleurs des transformateurs sont supposs tre en

position moyenne comme prvu par les normes internationales ;

Les rsistancesdarc ne sont pas prises en compte ;

Toutes les capacits de ligne sont ngliges (XC=0 ligne moyenne ou ligne courte);

Les courants de charge sont ngligs (ngligeable devant le courant de court-circuit) ;

Toutes les impdances homopolaires sont prises en compte.

Les rsistances de tous les lments sont ngligeables pour les rseaux HTB carR

XL

III.5.2 Mthode pour le calcul des courants de court-circuit

La mthode utilise pour le calcul des courants de court-circuit dans les rseaux

HTB et HTA, est celle de la CEI 909 [40], retenue pour sa prcision et pour son

aspect analytique.

Plus technique, elle exploite le principe des composantes sy mtriques.

III.5.2.1 Thorie des composantes symtriques [41]

III.5.2.1.1 Introduction

La thorie des composantes symtriques sapplique tout aussi bien des vecteurs

tournants tels que des courants et des tensions qu des vecteurs fixes tels que des

impdances ou des admittances ; mme si la thorie sera dvelopp pour des tensions,

elle aurait tout aussi pu tre dmontre pour des courants ou des impdances dont on

ne mentionnera que les quations intressantes.

Les composantes symtriques permettent surtout dtudier le fonctionnement dun rseau

poly phas de constitution symtrique lorsque l on branche en un de ses points un

rcepteur dsquilibr ; soit parce quil sagit effectivement dune charge non quilibre ;

soit plus frquemment lorsque se produit un court circuit.

III.5.2.1.2 Thorie des compos ants symtriques [42]

La dfinition des composantes symtriques repose sur lquivalence entre un systme

triphas dsquilibr, et la somme de trois systmes triphass quilibrs : direct,

indirect et homopolaire(Figure III.2).

Figure III.2 - Sy stme dsquilibr triphas obtenu en additionnant

les trois systmes quilibrs

Le systme Direct (Positif ou de squencedordre 1) : consiste en trois vecteurs

de mme module dphas de 120et ay ant la mme squence que le

systmedorigine.

En prenant le vecteur Va comme rfrence et sachant que loprateur (a):

a = - 0,5 + j 0,866 =

il vient alors :

=

= = (III.1)

= = a.

Le systme Inverse (Ngatif ou de squencedordre 2) : consiste en trois

vecteurs de mme module dphas de 120 mais de squence oppose au

systmedorigine

=V2

= = a . (III.2)

= =

Le systme homopolaire (Zro ou de squencedordre 0) : ce systme est

form de trois vecteurs a yant la mme amplitude et le mme angle de phase, ils

tournent aussi dans le mme sens et la mme vitesse que les vecteurs du sy

stme original, on leur attribue lindice 0 .

(III.3)

Autrement dit un sy stme triphas dsquilibr constitu de trois vecteurs , ,

peut scrire en fonction des trois systmes direct, inverse, homopolaire selon :

= + +

= +a + (III.4)

= a + +

Pour dterminerV1, V2 et V0 en fonction de , et on a deux mthodes :

1er mthode : utiliser la matrice inverse

mthode : utiliser 1 + a + = 0

on aura :

=

[

]

=

[

] (III.5)

=

[ ]

III.5.2.1.3 Circuit quivalent des squences

Figure III .3 - Circuit quivalent des squences

-

- (III.6)

-

Ou

la tension prexistante au point de dfaut

les impdances quivalents au rseau dans les trois systmes.

III.5.2.1.4 Valeurs des impdances des lments du rseau

Remarques gnrales concernant les impdances directes

Zd est limpdance directe dun lment, elle correspond limpdance mesure lorsquon lui

applique un systme de tensions triphases aux bornes de trois phases. Elle est

identique limpdance Zcc

utilise pour le calcul des courants de court-circuit triphas symtrique. En effet, lors dun

court-circuit triphas symtrique, le systme direct de tensions de lalimentation est

appliqu aux lments du rseau parcourus par le courant de court-circuit. On a donc la

relation Zd= Zcc pour tous les lments du rseau.

Remarques gnrales concernant les impdances inverses

Le caractre symtrique des cbles, des lignes et des transformateurs entrane que

limpdance directe est gale limpdance inversepour ces lments.

On a donc la relation Zi=Zd=Zcc pour tous les lments du rseau autres que les machines

tournantes.

Remarques gnrales concernant les impdances homopolaires

Elle est directement lie au rgime du neutre du distributeur :

- si le neutre est mis la terre par une bobine de Petersen, limpdance homopolaire est

considre comme infinie, car le courant de dfaut la terre est nul.

- Si le neutre est mis directement la terre, limpdance homopolaire est peu prs

gale limpdance directe ;

- Si le neutre est mis la terre par rsistance, limpdance homopolaire est peu prs

gale 3 fois cette rsistance, car les impdances du transformateur et des liaisons

sont ngligeables devant la rsistance de limitation.

Z0=3Zn avec Zn=

: courant de limitation

Impdance des alternateurs

Pour les alternateurs, au lieu de donner les valeurs des impdances caractristiques (Xd, Xd,

Xd, Xi, X0) en ohms, les constructeurs donnent celles-ci en %.

Xd est la valeur du moment de dfaut et continuer brivement ;

Xd, Xd est la valeur prise par le gnrateur aprs le dfaut .

Impdance des transformateurs

Les valeurs pour les trois Xd,Xi ,X0 Sont souvent gale.

Impdance homopolaire

Pour les transformateurs, limpdance homopolaire dpend des possibilits de rebouclage des

courants de dfauts la terre.

La figure 11 indique limpdance homopolaire des transformateurs en fonction des modes de

couplage.

Figure III .4- Impdance homopolaire des transformateurs

Impdance des ligne

Xd=Xi=0.8 ohm par mile pour seul conducteur LT.

Xd=Xi=0.6 ohm par mile pour bundle LT

La valeur de X0 sera diffrente dans la gamme de 3 :3.5 Xd

III. 6 Calcul des niveaux de dfaut [6] [8] [30][ 38]

III.6.1 Dfaut triphas symtrique (Figure III.5)

Expression du dfaut

= =0 (Phases en dfaut)

Traduction en grandeurs symtriques

=

=0

Valeur du courant de dfaut triphas :

= =

Retoure aux grandeurs de phase

=0 (III.7)

(III.8)

(III.9)

(III.10)

III.6.2 Dfaut biphas isol (Figure III.6)

Expression du dfaut

= (Phases en dfaut)

(phase saine)

Traduction en grandeurs symtriques

+a. + )- ( +

. + )=0

= (

(

Implique que =-

=

( . +

)=

( - ). = j

=

(

. + )=

( - ). = -j

=

( = 0

Soitdaprs (IV.6)

=- =

Retour aux grandeurs de phase :

(IV.11)

(IV.12)

(IV.13)

III.6.3 Dfaut biphas terre (Figure III. 7)

Expression du dfaut

= (phases en dfaut)

=0 (phase saine)

Traduction en grandeurs sy mtriques

{

Soit daprs (III.6)

= -

=-

=-

= -

=-

=-

Donc

= -

-

=0

{

Retour aux grandeurs de phase :

= + +

(III.14)

= +

(III.15)

Le courant dant le neutre est : =|

| (III.16)

III.6.4 Dfaut entre phase et la terre (Figure III.8)

Expression du dfaut

= 0 (phase en dfaut)

=0 (phase saines )

Traductin en grandeurs symtriques

Soitdaprs (IV.6)

Retour aux grandeurs de phase

=( )

=( )

(III.17)

=

III.6.5 Dfaut entre phase et la terre travers une impdance (Zh 0) (Figure III.9)

Dans ce cas la tension au point du dfautnest pas nulle.

Expression du dfaut

0 (phase en dfaut)

= =0 (phases saines)

Traductin en grandeurs symtriques

{

Soitdaprs (IV.6)

=

Retour aux grandeurs de phase

(III.18)

Remarque : toutes les grandeurs utilises sont en valeur complexe

III.7 conclusion