Coordination des isolements réseau 225 kV

5/13/2018 Coordination des isolements rseau 225 kV

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S PECIFICA TION D 'ENTREPRISE

Decembre 1988 H 119

Coordination des isolementsdu res eau a 225 kV

ELECTRICITE DE FRANCE /CENTRE DE NORMALISATION 1988-EDF


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NI H 119 Productionet Transport Equipement

Decembre Etudes et1988 Recherches Distribution EDFInternational

ELECTRICITE DE FRANCE - DIRECTION DES ETUDES ET RECHERCHES

COORDINATIONDES ISOLEMENTSDU RESEAU A 225 kV


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COORDINATION DES ISOLEMENTS DU RESEAU A 225 kV

La doctrine EDF en matiere de coordination des isolements du reseau a 225 kV reposait jusqu'a maintenant surI 'emploi quasi exclusif c'sctateurs de protection.La presents circulaire H prend en compte I'utilisation des parafoudres a.oxyde de zinc, dont Ie developpernent, aucours de ces dix dernieres annees, a ete remarquable. Grace au bas niveau de protection qui les caracterise, cesappareils autorisent en principe une importante reduction du niveau de tenue au choc de foudre des materiels;cependant l 'economie qui en resulte n'est reel lernent sensible que pour les transformateurs.Pour rendre ces parafoudres operationnels, de nombreuses etudes prellrnlnaires ont ete necessaires. Deuxproblemas importants pour I'exploitant devaient etre resolus,Le premier concernait Ie dimensionnement des parafoudres eux-rnernes. Les parafoudres a. oxyde de zinc,contrairement aux anciens parafoudres a.carbure de sil icium, ne sont pas munis d'eclateurs en serie et sont, de cefait, soumis en permanence a. toutes les contraintes electriques du reseau, lis sont notamment sensibles auxcontraintes dites de surtensions temporaires qu'il a donc fallu parfaitement analyser afin de definir lesparametres de dimensionnement qui assurent a.ces parafoudres une bonne tenue dans Ie temps.Cette analyse a rnontre que les surtensions temporaires sont plus contraignantes au voisinage des groupes deproduction que dans Ie reste du reseau. Aussi, pour beneficier au mieux des avantages des nouveauxparafoudres, a-t-on ete conduit a.proposer deux famil ies de parafoudres : une famille Transport , a laquelle estassccie un niveau de protection de 475 kV et une famille Production -. a. laquelle est associe un niveau deprotection un peu plus eleve, soit 550 kV.Le deuxieme problems concernait l'etude de la position du parafoudre par rapport au materiel a. proteqer,c'est-a.-dire I'analyse de ce que I'on desiqne habituellement par distance de protection du parafoudre . Cetteetude a rnontre que, pour beneficier au mieux des bas niveaux de protection offerts par les parafoudres a.oxyde dezinc, ceux-ci devaient etre places au plus pres des appareils a. proteqer. C'est pourquoi, pour ceux destransformateurs du Transport qui seront dans I'avenir a isolement reduit, on s'est oriente vers I'installation desparafoudres directement sur leur cuve. Cette technique est desormais appliquee aux transformateurs 225 kV/HTde 170 MVA. Elle n'est pour I'instant, pas prevue pour les enroulements 225 kV des transformateurs 225 kV/HT de100 MVA, 225 kV/MT et des autotransformateurs 400/225 kV.De merne, les etudes ont rnontre qu'il n'y avait aucun interet, ni technique, ni economique, a. reduire les niveauxd'isolement des materiels des cellules de ligne et des jeux de barre. Ces materiels resteront donc proteges contreles surtensions atmospheriques par des sclateurs places sur les arrivees des lignes.Les cables constituent un cas un peu particulier, puisque, bien qu'ils soient en eux-memes peu sensibles auxsurtensions atmospheriques, leur presence introduit des discontinuites de propagation. Ces discontinurtes ont uneftet amplificateur sur les surtensions aux extrernltes, ce qui necessite I'emploi de parafoudres dans certains cascritiques.Quant aux materiels sensibles et onereux, ou pour lesquels une securite de fonctionnement est imperative, telsque les transformateurs de production et les postes sous enveloppe rnetallique, leur niveau d'isolement actuelrestera egalement inchanqe : la presence du parafoudre a ici pour fonction non pas de permettre une reduction deI'isolement, mais d'arneliorer la flabiiite et la duree de vie de ces materiels.En conclusion, I'analyse technico-econornique de la coordination des isolements du reseau a 225 kV conduit a.retenir les dispositions et materiels suivants :- Une famille de materiels homoqenes, dont Ie dimensionnement ne devrait pas changer fondamentalement parrapport aux materiels actuels, comprenant I 'appareillage, les cables, les postes blindes, les transformateurs. Unparafoudre sera associe a. ces materiels lorsque cela est necessaire, Le niveau de protection du parafoudresera de 475 kV ou 550 kV, selon son emplacement prevu dans Ie reseau et sera, dans tous les cas, amplementsuftisant pour assurer une bonne protection de ces materiels.

- Un bloc transformateur-parafoudre a. isolement reduit formant un ensemble economique (transformateur650 kV choc - parafoudre 475 kV). Dans Ie cas des transformateurs 225 kV/HT de 170 MVA, qui seront lespremiers a beneficier de cette technique, l'econorme reatisee est de 6 a 10 % par rapport a la solution avectransformateur a plein isolement plus eclateur, tout en assurant une securi te au moins identique.

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Comme on peut s'en rendre compte, cette nouvelle circulaire H n'introduit pas de modifications profondes de latenue dielectrique des materiels par rapport a la situation anterieure. Pour un reseau existant, il n'est evidemmentpas question de tout bouleverser.

Le point interessant qui se degage de cette etude est que I'emploi de parafoudres a oxyde de zinc s'avere, danscertains cas, economiquement interessant sur Ie plan des investissements et apporte, dans tous les autres cas,une fiabi lite accrue des materiels, specialement dans les zones a haut risque orageux.

Le Directeur des Etudes et Recherches

Paul CASEAU

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SOMMAIRE

INTRODUCTION

2 CARACTERISTIQUES DES ISOLEMENTSJ2.1 Types d'isolation

2.2 Isolement phase-terre2.3 Isolement entre phases2.4 Relation entre isolements phase-terre et phase-phase2.5 Isolement longitudinal ou entre entree et sortie

3 CONTRAINTES EN EXPLOITATION SUR LE RESEAU A 225 kV3.1 Regime permanent3.2 Surtensions temporaires3.2.1 Surtensions loin des groupes tournants3.2.2 Reaction des groupes tournants3.2.3 Cas particuliers3.2.4 Conclusion3.3 Surtensions de manceuvre3.4 Surtensions de foudre3.4.1 Chute de la foudre sur un conducteur de phase3.4.2 Coups de foudre sur un pylone ou sur un cable de garde3.4.3 Surtension arrivant dans un poste3.5 Surtensions entre phases

4 TENUE DIELECTRIQUE DES ISOLEMENTS4.1 Tenue aux differentes formes de tension4.2 Aspect aleatoire des arnorcaqes et marges de securite4.3 Retards a l'amorcaqe4.4 Effet de la polarite de ronde

5 MATERIELS DE PROTECTION5.1 Eclateurs5.2 Parafoudres5.2.1 Resistance non lineaire5.2.2 Parafoudres au carbure de silicium5.3 Parafoudres a oxyde de zinc5.4 Specification des parafoudres a oxyde de zinc5.5 Choix des parafoudres pour Ie niveau 225 kV

6 ELEMENTS SUR LESQUELS S'APPUIE LE CHOIX DES NIVEAUX DE TENUE DU MATERIEL

7 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES LlGNES ET CABLES7.1 Lignes7.1.1 Isolement phase-terre7.1.2 Isolement entre phases7.2 Cables

7.2.1 Niveau d'isolement7.2.2 Protection

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8 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES TRANSFORMATEURS8.1 Transformateurs du Service du Transport a isolement reduit8.1.1 Considerations sur la protection au choc de foudre8.1.2 Tenue au choc de manceuvre

8.1.3 Tenue a la trequence industrielle8.2 Transformateurs du Service du Transport a plein isolement8.3 Transformateurs de production

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8.4 Neutres des transformateurs et des bobines d'inductance de neutre - Parafoudre de neutre 26

9 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DE L'APPAREILLAGE DE POSTE9.1 Isolement phase-terre9.2 Isolement entre phases9.3 Isolement longitudinal9.4 Niveau d'isolement des jeux de barres et connexions

10 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES POSTES SOUS ENVELOPPE METALLIQUE10.1 Protection des postes sous enveloppe metallique10.2 Niveaux d'isolement phase- masse des postes sous enveloppe rnetallique10.3 Isolement longitudinal de I'appareillage des postes sous enveloppe rnetallique

11 DOCUMENTS AUXQUELS IL EST FAIT REFERENCE11.1 Documents de normalisation EDF11.2 Normes etablies par I 'Union technique de t'electricite (UTE)11.3 Publications de la Comission electrotechnique internationale (CEI)11.4 Textes officiels11.5 Autres documents EDF

Tableau I CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES PARAFOUDRES A OXYDEDE ZINC UTILISES SUR LE RESEAU A 225 kVRECAPITULATION DES DISPOSITIFS DE PROTECTIONNIVEAUX D'ISOLEMENT DES MATERIELS A 225 kVCARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES PARAFOUDRES AU CARBURE DESILICIUM POUR LE RESEAU A 225 kV

Tableau IITableau IIIAnnexe

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1 INTRODUCTION

D'apres la definition don nee a l'article 35 de la Publication 71-1 de la CEI, edition 1976 (1), la coordination del'isolement englobe la selection de la tenue dielectrique des materiels et sa mise en ceuvre, en fonction destensions qui peuvent apparaitre dans Ie resoau auquel ces materiels sont destines et compte tenu descaracteristiques des dispositifs de protection disponibles ; elle vise alors a reduire a un niveau acceptable, du pointde vue de l'econornie et de celui de I'exploitation, la probabilite que les contraintes dietectnques resultantesimposees aux materiels causent des dornmaqes aux isolations des materiels ou affectent la continuite duservice ".Cette coordination n'est possible qu'a partir d'une bonne connaissance des problernes d'isolement des materiels,d'une analyse aussi fine que possible des contraintes qu'ils auront a . subir en exploitation, et d'une justeappreciation de I'efficacite des dispositifs de protection mis en place.Pour etre valable, el le suppose de plus en plus une gradation entre les niveaux de tenue exigibles des materielsafin de parvenir a . un taux de defalllance global suffisamment bas, ou du moins economiquement et techniquementacceptable.En ce qui concerne Ie reseau francais a . 225 kV, son evolution est actuellement marquee par son util isation commereseau de repartition regional et comme reseau d'evacuation de l'enerqle des centrales de moyenne puissance;son raccordement au reseau a . 400 kV est systernatiquernent assure par des autotransformateurs. Les nouveauxpostes a 225 kV se caracterisent par leur petite etendue : poste en antenne ou a deux arrivees de ligne au plus.L'objet de cette note est la revision de la coordination et des niveaux de tenue des isolements, en tenant comptede I'emploi des parafoudres a oxyde de zinc: nouvelle technologie de protection contre les surtensionsrecemment apparue sur Ie marche, Les avantages de ces nouveaux appareils sont une plus grande simplici te, unefiabilite accrue et surtout la possibllite d'obtenir des niveaux de protection plus bas et plus stables qu'avec lesanciens dispositifs. II en resulte en principe une economie globale des isolations, mais on verra qu'une analyseplus fine de leurs conditions d'emploi fera apparaitre les avantages essentiellement en ce qui concerne lestransformateurs de puissance.

2 CARACTERISTIQUES DES ISOLEMENTS

2.1 TYPES D'ISOLATIOND'une lacon generale, les isolations peuvent etre elassees en deux categories [cf. Publication 71-1 de la GEl (1)] :- les isolations autorsqeneratrices, qui retrouvent inteqralernent leurs proprietes dielectriques apres arnorcaqe :entrent dans cette cateqorie les isolations dans I'air (qeneralernent externes) et, Ie plus souvent, les isolationsde surface a . supports rnineraux ;

- les isolations non autorsqeneratrices, qui perdent ou ne retrouvent pas integralement leurs proprietesdielectnques apres un amorcaqe, C'est Ie cas de la plupart des isolations internes solides a base organique(papier impregne, matieres synthetiques, etc.).

En fait, beaucoup d'appareils ont des isolations mixtes, c'est-a-dire comprenant des parties autoreqeneratrices etdes parties non autoreqeneratrices. C'est Ie cas de tous les materiels de technique elaboree, tels quetransformateurs, disjoncteurs, elements de postes, cables. II est evident qu'i l y a alors toujours interet a . localiserles arnorcaqes sur une partie autoreqeneratrice ou, au besoin, a en Greer une de tenue relativement basse.(1) Voir article 11.

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2.2 ISOLEMENT PHASE-TERREII s'agit de I'isolement d'une phase quelconque par rapport aux masses environ nantes, au potentiel de la terre.Get isolement est caracterise so it par une tension de tenue veritiee par des essais dont les procedures, plus oumoins conventionnel les mais reproductibles, sont detinies dans des normes, soit par une distance d'isolement.On notera, a ce propos, que souvent les distances d'isolement dans l'air sont definies pour assurer plus la securi tedes personnes que la tenue dielectrique,

2.3 ISOLEMENT ENTRE PHASESAu niveau de tension considere, les materiels places dans les postes sont en general a phases separees, si bienque I'isolement entre phases, lorsqu'il est assure par une distance dans I'air, resulte des condit ions d'installation etnon de la conception des apparei ls.Une exception d'importance est celie des transformateurs et autotransformateurs qui, s'ils sont triphases,comportent une isolation interne entre phases qui doit etre specifiquement verifiee,Pour les lignes, il y a lieu de faire une distinction entre I'isolement entre phases au niveau des supports, quicomporte ou non une masse intermediaire, et I'isolement entre conducteurs en portee, qui est assure par unedistance d'air sans masse intermediaire. La rnerne distinction peut eIre fai le pour la plupart des jeux de barres deposte et des connexions qui y aboutissent.Gomme pour I'isolement phase-terre, les distances a respecter dans I'air sont souvent deterrninees pour desraisons autres que de tenue dielectnque.

2.4 RELATION ENTRE ISOLEMENTS PHASE-TERRE ET PHASE-PHASEGes isolements ne sont jamais independants I'un de l'autre,Dans les equipernents a phases separees avec masse interrnediaire (par exemple postes bllndes, cables, etc.), latenue entre phases resulte de la somme des tenues phase-terre.Dans les equipements sans masse interrnediaire, i l n'y a pas non plus inoependance entre isolement phase-terreet isolement entre phases. Si une electrode (une phase d'un appareil) tient par exemple une tension V(t) et si onapproche une autre electrode (une autre phase de I'appareil) portee a une tension V'(t) (generalement de polarlteopposee), il existe, du fait de la deformation du champ creee par l 'electrode portee a V'(t), une distance a partir delaquel le un arnorcaqe se produit, soit entre les deux electrodes, soit entre la premiere electrode et une masse a laterre. Gomme l'amorcaqs it la masse de la premiere electrode est une consequence de I'isolement entre phases,donc de la distance entre phases, on considere cet arnorcaqe comme une detai llance de I'isolement entre phases.Ge raisonnement permet de bien separer les deux problernes et de definir I'isolement entre phases a partir deI'isolement phase-terre realise.

2.5 ISOLEMENT LONGITUDINAL OU ENTRE" ENTREE ET SORTIEGet isolement ne concerne en principe que I'appareillage de poste comportant un dispositi f de separation de deuxparties de reseau : sectionneurs, disjoncteurs. Dans certaines dispositions, des interruptions de barres ou desconnexions amovibles peuvent egalement assurer cette fonction de separation.

L' isolement longitudinal est caracterise par une tension de tenue entre les bornes d'entree et de sortie de I'appareilet doit etre defini a partir de I'analyse des contraintes susceptibles d'apparaltrs entre ces bornes.

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Son importance tient a la fonction de securite attachee a la separation du reseau en deux parties electriquernentindependantes, qu'il s'agisse de securite du materiel ou des personnes ; par exemple, lorsqu'un travail doit etreexecute sur I'une des parties, celle-ci doit etre mise a la terre, alors que I'autre peut rester en exploitation.

3 CONTRAINTES EN EXPLOITATION SUR LE RESEAU A 225 kV

Les contraintes dietectriques en exploitation ont des origines tres variees, On les classe habituellement par dureesdecroissantes ; ce classement se trouve etre en general un classement par amplitudes croissantes, ce qui estassez heureux, car les isolations supportent tres souvent des tensions d'autant plus elevees que leur dureed'application est faible.

Nous examinerons ci-apres la nature et les amplitudes de ces diverses contraintes que l'on classe comme suit:- tensions a frequence industrielle, dans les conditions normales d'exploitation, c'est-a-dire n'excedant pas latension la plus elevee a laquelle Ie materiel est soumis en regime permanent non perturbs ;

- surelevafions de tension (surtensions temporaires) a trequence industrielle (frequence du rsseau ou trequencevoisine) ;

- surtensions de manceuvre ;- surtensions de foudre.Jusqu'a present, les etudes de coordination des isolements ne s'appesantissaient quere sur les fluctuations de latension permanente, ni sur les surtensions temporaires. Mais I 'introduction des parafoudres a oxyde de zinc obligea une definition bien meilleure des caracterlstiques de ces surtensions. En effet, alors que les eclateurs y sonttotalement insensibles et que les parafoudres a carbure de silicium n'y sont en principe pas soumis grace a leurseclateurs internes, les parafoudres a oxyde de zinc, construits sans aucun eclateur (voir article 5) sont soumis aI'ensemble des contraintes qui apparaissent a leur point d' installation.On verra que ce sont les surtensions temporaires qui, par la dissipation d'enerqie qu'elles provoquent dans lacolonne d'oxyde de zinc, fixent Ie choix de la tension assignee de ce type de parafoudre. Gomme, d'autre part, latension nominale et la tension de protection sont liees entre elles par la caracteristique courant-tension duparafoudre, on voit que Ie niveau de protection contre les surtensions atmospheriques va dependre tres largementdu niveau des surtensions temporaires.G'est pourquoi une attention toute particul iere devra etre don nee a I'examen de ces surtensions.

3.1 REGIME PERMANENTBien que generalement passes sous silence dans les problernes de coordination d'isolement, la tenue dans Ietemps des materiels sous la tension permanente qui leur est appliquee est bien evidemment un des elements aconsidsrer dans la conception et Ie dimensionnement de la plupart des isolations internes susceptibles de viei lli rsous I'effet du champ electrique. II en est de rnerne pour certaines isolations externes soumises aux internperies eta la pollution.La satisfaction de cette exigence fondamentale qu'est la tenue dans Ie temps releve essentiellement de I'art duconstructeur et de nombreuses etudes ont ete - et sont encore - faites pour mieux connaitre Ie comportement desisolations sous contrainte permanente. Les approches sont diverses. On notera simplement la double tendancequi se fait maintenant jour pour apprecier ce comportement:- l'apprehensicn de la tenue instantanee par des essais non destructifs executes sous tension moderee etn'exigeant que peu de temps (par exemple la mesure du taux de decharqes partielles) ;

- l'appreciation de I'evolution de cette tenue en fonction du temps par l'lnterpretation statistique de resultatsd'essais de longue duree, eftectues a des niveaux de contrainte connus.

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La coordination entre les divers resultats qu'on peut attendre de ces etudes (par exemple, l'homoqeneisation destaux de defaillance ou la prise en compte d'une disponibilite globale), aura certainement une incidence pluseconomique que technique.Aussi, n'interviendra-t-elle pas directement dans la coordination de I'isolement tel Ie qu'on I'entend ici.En ce qui concerne Ie reseau a 225 kV, il Ya lieu de noter simplement la valeur maximale de la tension de serviceque doivent tenir les materiels, soit 245 kV pour la valeur efficace de la tension entre phases, a laquellecorrespondent, entre phase et terre, une valeur efficace de 142 kV et une valeur de crete de 200 kV.NOTE: Toutes les surtensions definies par la suite dans Ie present document sont exprimees en valeur relative

(p.u. : par unite) par rapport a ces niveaux de base et suivant leur nature:- les surtensions temporaires a 50 Hz, en p.u. par rapport a la valeur efficace 142 kV ;- les surtensions de manceuvre et de foudre, en p.u. par rapport a la valeur de crete 200 kV.

3.2 SURTENSIONS TEMPORAIRESLes surtensions temporaires sont des surtensions a frequence industrielle (ou a frequence voisine de celle-ci), quiresultent de changements brusques de la configuration du rsseau. Leur niveau et leur duree dependentessentiellement de cette configuration, de la charge transitee par les lignes et des methodes d'exploitation,notamment des consignes relatives aux sequences de declenchernent des disjoncteurs.Quant aux niveaux qu'elles peuvent atteindre, ils dependent de la configuration rnerne du reseau sit6t apres leurapparition et du point considere dans Ie rsseau. En un point donne, ces niveaux sont d'autant moins eleves que Iereseau est puissant et mailte et que les mises a la terre sont nombreuses. On est toutefois limite dans cette voiepar Ie double souci de ne pas laisser trop croitre les courants de defaut rnonophase afin d'assurer les tenuesthermique et rnecaruque des materiels et de reduire la gene aux tiers, principalement due a la circulation descourants de defaut a la terre.En pratique, la situation sera caracterisee, en cas de detaut monophase, par les deux exigences suivantes :- d'une part, maintenir la valeur du courant de court-circuit rnonophase en deca de celie du courant decourt-circuit tnphase, ce qui impose Zo >Zd (2) et interdit la mise a la terre de tous les neutres ;

- d'autre part, limiter la surtension temporaire sur les phases saines, ce qui est considere comme satisfait siZo < 3 Zd et interdit I'isolement de tous les neutres ;

ce qui entrains que Ie rapport Zo/Zd doit etre compris entre 1 et 3.En ce qui concerne Ie dimensionnement des parafoudres, les principales causes de surtensions temporaires quidoivent etre examinees sont :- la derive du point neutre consecutive a un detaut dissyrnetrique ;- la perte brusque de la charge d'une ligne [eventuellernent combines avec I'effet Ferranti (3)] ;- la reaction des machines tournantes, lorsqu'elles sont electriquernent proches du point d'installation desparafoudres.

Le plus souvent, ces differentes causes de surtensions se produisentsimultanernent et Ie niveau de la surtensiontemporaire resultants dependra de la maniere dont les phenomenes generateurs reaqissent entre eux au pointd'observation de la surtension. Quant a la duree de la surtension, elle peut varier d'une fraction de seconde aquelques dizaines de secondes.

(2) Zo et Zd sont respectivement les impedances homopolaire et directe du ressau au point considere,(3) L'ef tet Ferranti est un eftet ampl ificateur de la tension en extrerni te d'une l igne longue ouverte. Cet eftet est negligeable pourdes longueurs interieures a 100 km et atteint 1,05 p.u. pour 300 km.

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3.2.1 Surtensions loin des groupes tournants

Dans I'avenir, les reseaux a 225 kV auront essentiellement un role de repartition. On .s'interessera donc, dans unpremier temps, au cas des postes situes loin des groupes de production.

Les parametres qui interviennent alors pour determiner les surtensions temporaires sont Ie rapport Zo/Zd, qui fixeles surtensions de derive de point neutre, et les pertes de charge d'une ligne.

Le rapport Zo/Zd depend essentiellement de ta politique de mise a la terre des neutres des reseaux, .Jusqu'apresent, on recherchait une valeur globalement satisfaisante de ce rapport par un choix judicieux du nombre detransformateurs dont Ie neutre est directement mis a la terre, Ie reste des transformateurs etant maintenu a neutreisole.

Une analyse statistique des caracteristiques des postes prevue pour 1985 a rnontre alors que les rapports Zo/Zdvarient entre 1et 3,3 (dans de rares cas, on rencontre des valeurs proches de 5), de sorte que la valeur retenuecomme significative est 3. Ce rapport correspond a une surtension temporaire, due uniquement a la derive dupoint neutre, de 1,25 p.u.La nouvelle politique de mise a la terre des neutres recernment introduite dans Ie reseau a 225 kV consiste ainserer, sauf dans certains cas particuliers, des bobines d'inductance entre Ie neutre des transformateurs et laterre, ce qui evite les ajustements continuels des mises a la terre en fonction de la configuration rnornentanee dursseau.

Les valeurs de reactance qui ont ete determlnees pour ces bobines conduisent a des rapports Zo/Zd globalementtres proches des valeurs precitees ; on ne change donc pas fondamentalement Ie facteur de surtension temporairede derive de point neutre, qui reste de 1,25 p.U.

Les surtensions de dtHestage dependent du transit de puissance active et reactive avant Ie delestaqe, de lapuissance de court-circuit du reseau au depart de la ligne conslderee et de la longueur de celle-ci. A titre indicatif,ces surtensions ont des valeurs de I'ordre de 1,1p.u.

Analyse des cas reels

Le cas Ie plus frequent de superposition des deux causes precedentes est Ie detaut rnonophase ou biphase surune ligne, suivi du declenchernent a l 'extrernite debitrice, qui entrains un delestaqe, La surtension resultants nes'obtient alors pas par une simple multiplication des facteurs de surtension individuels, c'est pourquoi i l n'est paspossible d'effectuer un calcul general; seules des applications nurneriques basses sur des valeurs probablespeuvent fournir des coefficients de surtension significatifs.

De ce fait, une analyse statistique des longueurs des lignes, similaire a ce qui a ete fait pour les postes, a etenecessaire, Cette analyse a rnontre que 50 % des lignes sont de longueur inferieure a 20 km et seulement 4,5 %excedent les 100 km.

Les surtensions de delestaqe dependant egalement de la charge transitee, un certain nombre de simulations ontete effectuees avec des valeurs de charges et pour des schernas d'exploitation plausibles.

En conclusion, on retiendra que les surtensions temporaires pouvant apparaitre dans des postes situes loin desgroupes de production, et qui ont ete retenues pour dimensionner les parafoudres a oxyde de zinc, sontpratiquement toujours inferieures a 1,45 p.u. (soit 205 kV). En ce qui concerne les surtensions au niveau duneutre, elles ne depassent pas 0,64 p.u. (soit 90 kV) avec les memes hypotheses.

Enfin, pour Ie dimensionnement des parafoudres, une duree des surtensions temporaires de 10 sa ete retenue, cequi devrait garantir une tres large marge de securite,

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3.2.2 Reaction des groupes tournants

Lors d'un declenchernent brusque de charge, la chute de tension interne des alternateurs et de leurstransformateurs disparalt et la tension au voisinage de ces derniers se rapproche, au rapport de transformationpres, de la force electrornotrice des alternateurs. Or, en raison de la grande valeur de la reactance synchrone deces machines, cette force electromotrice est notablement plus elevee que la tension a leurs bornes. La montes envitesse des alternateurs ainsi decharqes peut aggraver la surelevation de tension. Celle-ci disparalt en generalplus ou moins rapidement en fonction de I'action des regulateurs de vitesse et de tension des alternateurs. Dans lamajori te des cas, Ie processus brievernent rappele ci-dessus se combine avec un dstaut rnonophase ou biphaseentrain ant lui-rnerne une derive du point neutre et une surtension de phase.Ici encore, en raison d'un grand nombre de variables en jeu, iI n'est pas possible de donner une valeur unique desurtension et il a ete necessaire d'effectuer une etude pararnetrique du phenomena. Cette etude a pris en compteplusieurs variantes de types et de puissances de machines (petits ou gros groupes, hydrauliques ou thermiques),raccordees a des lignes en antenne courtes ou longues (5 km et 100 km). En outre, plusieurs types de detaut ontete analyses.

La conclusion de cette etude est que, pour tous les cas analyses, la surtension temporaire ne depasse pas1,45 p.u. (205 kV) lorsque Ie neutre du transformateur est mis a la terre. Par centre, lorsque Ie transformateur est aneutre isole, les surtensions depassent cette valeur dans presque tous les cas, atteignant pour certainesconfigurations 2 p.u.Avec la nouvelle politique de mise a la terre des neutres, qui prsvoit pour les transformateurs de groupe desbobines d'inductance, les surtensions temporaires ne depassent jamais, en se basant sur la meme methode desimulation, 1,6 p.u. (228 kV).

3.2.3 Cas particuliers

II existe egalement une certaine tendance a real iser des schemes de poste ou un transformateur de puissance estdirectement connects a un cable ou a une ligne, sans disjoncteur de transformateur. La manceuvred'enclenchement d'un tel bloc risque d'entrainer des surtensions de type terroresonance ou harmoniques, qui secaracterisent a la fois par de fortes amplitudes et de longues durees, voire permanentes. Ce phenomena est lie ala saturation des noyaux des transformateurs.D'une lacon generale, les schernas conduisant aces risques doivent etre prohibes. En eftet, non seulement cesphenomenes sont dommageables pour Ie materiel boblne, les cables et les condensateurs, mais aussi lesparafoudres a oxyde de zinc ne sont pas capables, sauf dimensionnement special, de dissiper l'enerqiecorrespondante sans risque de destruction.Or, l'etude de la terroresonance s'avere extremement difticile, tant sur Ie plan theorique que sur Ie plan pratique,ou la rnodelisatlon correcte de ce phenomena exige une connaissance parfaite des caractenstiques demaqnetisation et de pertes des transformateurs.De plus, les criteres permettant de decider s'il y a un risque ou non de ferro resonance sont encore mal etablis, desorte que, dans l 'etat actuel de nos connaissances de ce phenornene, c'est seulement par I'accumulation de casparticuliers que I'on peut esperer y parvenir.C'est pourquoi, lorsqu'i l y a un doute pour un schema donne, il reste toujours preferable de faire une simulation duschema envisage, avant de se lancer dans la realisation. Meme si cette simulation ne donne pas les amplitudesexactes des surtensions, elle permet au moins de prevoir si Ie phenomena aura lieu ou non.Cependant, dans Ie cas particulier des transformateurs 225 kV/MT alirnentes par cable, il est possible desmaintenant de donner I'enveloppe des parametres a l'interieur de laquelle la ferro resonance n'est pas a craindre :Ie risque est en effet negligeable tant que la trequence propre du systerne resonant constitue par I'impedanceinductive de la source et par la capacite du cable est tres au-dessus de la trequence fondamentale a 50 Hz. Ainsi,dans Ie cas d'une source d'irnpedance inductive de 150 0 et d'un cable de 10 km de longueur dont l 'impedance a50 Hz est proche de 3 000 0, Ie risque de ferro resonance paratt ecarte.

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3.2.4 ConclusionEn I'absence de terroresonance, on constate que l'on peut classer les surtensions en deux families:- celles qui apparaissent dans Ie reseau de transport, loin des groupes tournants et dont I'ampli tude maximale estde 1,45 p.u. (205 kV). Cette valeur est conserves avec I'introduction de la nouvelle politique de mise a la terredes neutres par bobines d' inductance;

- celles auxquelles sont soumis les transformateurs de production.Les surtensions temporaires atteignent alers la valeur de :- 1,45 p.u. (205 kV) lorsque Ie neutre du transformateur de groupe est directement mis a la terre;- 2,0 p.u. (284 kV) lorsque Ie neutre est lsole ;- 1,6 p.u. (228 kV) lorsque Ie neutre est mis it la terre par une bobine d'inductance contorrnernent it la nouvellepoli tique de mise a la terre.

Si ron exclut Ie schema d'exploitation a neutre lsole, on est conduit a proposer deux valeurs de tension assignee.A chacune est associe un niveau de protection des parafoudres it oxyde de zinc et par consequent, une tension detenue au choc de foudre pour Ie materiel.Un premier niveau, que l 'on appellera niveau de base", sera util ise pour tous les transformateurs du Transport,et un second niveau, un peu plus eleve, pour Ie reste du materiel.Toutefois, malgre ce niveau un peu plus eleve, la protection garantie par les parafoudres it oxyde de zinc resterameilleure que celie qui peut etre assures par des eclateurs,

3.3 SURTENSIONS DE MANCEUVRELa Publication 71-1 de la CEI, edition 1976 (1), range la tension de 225 kV dans la cateqorie B (tensionsinferieures a 300 kV) ; dans cette cateqorte, les surtensions de manceuvre ne sont pas prises en compte, du pointde vue de I'isolation des materiels car on admet que si la tenue it I'essai a frequence industrielle et la tenue au chocde foudre (c'est Ie BIL : Basic Impulse Level) sont satisfaites pour un materiel donne, la tenue aux surtensions demanceuvre est assuree a fortiori.Mais des discussions sont actuellement en cours a la CEI, tendant a reclasser la tension de 225 kV dans lacateqorie C, cateqorie dans laquelle les surtensions de manceuvre sont prises en compte. Pour cette raison etaussi parce que ces surtensions interviennent pour Ie dimensionnement des parafoudres a oxyde de zinc, il a paruuti le de rappeler ici les principales caracterlstiques des surtensions de manceuvre.Tout changement brusque de configuration du reseau (fonctionnement de disjoncteur, apparit ion d'un detaut, etc.)engendre une surtension transitoire rapide, dite surtension de manceuvre, qui se propage sur Ie reseau et dont laduree peut s'echelonner de quelques dizaines de microsecondes it quelques dizaines de millisecondes.Dans l'etat actuel de la technique, les surtensions de manceuvre qui doivent etre prises en compte pour lacoordination des isolements sont principalement les surtensions de fermeture et de refermeture des lignesouvertes a . leur autre extremite,Ces surtensions ont des amplitudes par rapport a . la terre et des formes difterentes selon Ie point du reseauconsidere ; de plus, el les sont tres sensibles a la configuration du reseau et ont un caractere ateatoire, c'sst-a-direqu'une manceuvre deterrninee en un point donne peut creer, selon Ie cas, des surtensions difterentes ; leur etudesystematique a ete faite essentiellement sur modele, analogique ou numerique, et a ete val idee par des essaisdirects sur reseauLors de I'enclenchement d'une ligne a vide, ces surtensions atteignent des valeurs de I'ordre de 2,2 p.u. enextrernite de ligne et de 1,5 p.u. sur les jeux de barres du poste amont.

(1) Voir article 11.

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Mais les surtensions les plus fortes apparaissent lors du reenclenchement d'une ligne qui a conserve une chargeresiduelle appreciable, c'est-a-dire pratiquement apres un declenchernent intempestif ou sur un detaut biphase outriphase isole. Les surtensions peuvent alors atteindre 3,1 p.u. en extrernite de ligne ouverte et 2,2 p.u. au posteamont.Toutefois, dans un cas comme dans I'autre, la probabihte pour que de telles valeurs soient atteintes resteextremernent faible, inferleure a . 1 %. Neanmoins, ces surtensions interviennent dans Ie calcul du dimensionne-ment des parafoudres a . oxyde de zinc.Un cas particulier est celui de I'enclenchement de I'ensemble constitue par une ligne et un transformateur : lapresence du transformateur permet alors l 'ecoulernent rapide de la charge residuelle de la l igne, de sorte que lessurtensions de manceuvre auxquelles sont soumis Ie transformateur et eventuellement Ie parafoudre associe nedepassent pas 2,2 p.u., comme pour les enclenchements simples.Un autre type de surtension, qui n'affecte pas !'isolation des materiels mais qui intervient pour Ie dimensionnementdes parafoudres a . oxyde de zinc, apparait lors de I'ouverture d'un disjoncteur pour la coupure d'une l igne a . vide.Le phenomena generateur de la surtension est ici Ie rsarnorcaqe du disjoncteur. Meme avec les disjoncteursmodernes a air cornpnme ou SF6, satisfaisant aux normes UTE C 64-115 et 64-116 (1), un tel reamorcaqe,quoique rare, reste toujours possible. Le rearnorcaqe porte alors I 'ensemble de la ligne a une tension surelevee etIe parafoudre doit supporter la dissipation de I'energie emmagasinee ainsi dans la ligne.En resume, les surtensions de manceuvre presentent, dans un reseau a 225 kV, les valeurs maximales suivantes :

(Valeurs en I'absence de parafoudres)

Manmuvre Lieu d'apparition p.u. kVExtrernite ouverte 2,2 440

Enclenchement d'une lignePoste' 1,5 300

Extremite ouverte 3,1 620Reenclenchement d'une Iigne

Poste' 2,2 440Enclenchement ou reenclen- Transformateur 2,2 440chement d'un ensembleligne + transformateur Poste' 1,5 300

II s'aqit du poste ou a lieu la mancauvre.

Quant a la simulation en laboratoire de ces ondes dont la forme est tres variable, de nombreux essais ont rnontrequ'elle pouvait etre obtenue valablement par une onde unidirectionnelle de type bi-exponentiel, dite onde 250/2 500 us , qui constitue une contrainte tres severe.

3.4 SURTENSIONS DE FOUDREL'amplitude des surtensions de foudre n'est limitee que par l'arnorcaqe d'elements du reseau, Ie plus souvent deselements de ligne, ou par celui des dispositi fs de protection qui y sont places. Lorsqu'un coup de foudre atteint uneligne, il peut toucher un conducteur de phase, un pylons ou Ie cable de garde de la ligne.


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3.4.1 Chute de 18 foudre sur un conducteur de phaseLorsque Ie coup de foudre tombe sur une ligne, Ie courant i(t) injecte dans Ie conducteur se repartit par moitie depart et d'autre du point d'impact et se propage Ie long du conducteur. II entraine avec lui une onde de tension dontla valeur est, en premiere approximation, donnee par:

u(t) = z.!ill.2avec Z impedance d'onde du conducteur touche.En un point donne de la ligne, par exemple au premier pylone rencontre par I'onde, la tension croit jusqu'a ce quese produise eventuellement I 'amorc;age de la distance d'isolement, ici la chaine d'isolateurs.L'onde de tension qui continue la propagation sera donc :- so it une onde pleine, si : z.l..< tension d'amorc;age au pylone ;2- soit une onde coupee, si : ZJ...> tension d'amorc;age au pylone ;2ou i est la valeur de crete du courant i(t).Compte tenu des distances entre conducteurs de phase et ferrures des pylones, il existe donc, pour chaqueechelon de tension, un courant critique Ieau-dessous duquel il n'y a pas d'amorc;age sur coup direct en ligne.Pour les lignes a 225 kV, la tension d'arnorcaqe phase-pylons est d'environ 1 000 kV et Ie courant critique estd'environ 5 kA; comme 95 % des coups de foudre depassent cette valeur, on voit que pratiquement tous lescoups directs entrainent un amorc;age et un defaut rnonophase.C'est pourquoi l'on place, au-dessus des conducteurs de phase, des cables de garde, directement connsctes auxpylones, qui ont pour fonction de drainer les coups de foudre vers eux et d'ecouler les courants de foudre a la terre,par I 'intermediaire des pylones.

3.4.2 Coups de foudre sur un pylone ou sur un cable de gardeLorsque la foudre tom be, soit directement sur un pylone, soit sur un cable de garde, l'ecoulernent du courant versla terre entraine une elevation de potentiel des structures rnetalliques. La tension apparaissant aux bornes de lachaine d'isolateurs depend alors de la resistance (en onde raide) de la prise de terre, de I'inductance du pyrone etde la manlers dont Ie courant de foudre se repartit, par l'interrnediaire des cables, sur les supports les plusproches.Lorsque cette tension atteint la tension d'amorc;age de I'isolement de la ligne, i l se produit un amorc;age en retour.

Pour les lignes a 225 kV, il n'y a pratiquement pas d'amorc;ages en retour, si les resistances des prises de terredes pylones sont interleures a 10 n . Avec des resistances de 20 n , environ 20 % des impacts (courants de foudresuperleurs a 50 kA) provoqueront un amorc;age.Les surtensions enqendrees sur les conducteurs de phase par amorc;ages en retour se caracterisent par un fronttres raide et par une queue relativement courte, de I'ordre de 15 a 20 IJs.

3.4.3 Surtension arrivant dans un posteL'onde de surtension, qu'elle soit pleine, coupes ou a queue courte, selon Ie mecanisme qui l'a enqendree, sepropage Ie long de la ligne jusqu'au poste, en subissant une certaine deformation et une attenuation. On a rnontrerecernrnent que I'effet de couronne transitoire accompagnant I 'onde etait un facteur d'attenuation tres important, atel point qu'au bout de 7 a 10 km, I'amplitude de la surtension ne depasse plus la tension critique des conducteurs,voisine de 400 kV en 225 kV. En rnsrne temps, Ie front de I'onde s'aplatit d'environ 0,5 us/krn en tensionnegative, qui est la plus trequente pour la foudre.

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Les coups de foudre lointains ( >7 km) ne presentent donc plus aucun risque pour Ie materiel de poste et c'estpourquoi on se contente souvent, en France, de n'equiper les lignes a. 225 kV de cables de garde que surquelques ki lometres a.partir des postes. Mais avec cette pol itique, au moins la moiM des coups de foudre tombantsur la ligne provoquent un detaut a. la terre, soit en moyenne 12 a.15 detauts par 100 km de ligne et par an.Lorsque I'onde de surtension, plus ou moins attenuee, atteint Ie poste avec une amplitude Ue, elle y engendre unesurtension donnee, en premiere approximation, par:

Up = 2 Ue'navec: Uc valeur de crete de I'onde incidente,n nombre de lignes arrivant au poste.Ainsi, si Ie poste com porte au moins deux lignes connectees, la surtension qu'i l subit ne depasse pas I'amplitudede I'onde incidente et, si son isolement est superieur a.celui de la ligne, rien ne se produira. On peut alors parlerd'autoprotection des postes.Au contraire, dans Ie cas d'un poste en antenne, O U n = 1, il se produit un doublement de la surtension, qui risquede produire un amorc;age meme si celui-ci n'a pas eu lieu en ligne. De plus, sauf pour n >2, les valeurs atteintesconduiraient a. isoler exaqerement les transformateurs ; pour ces deux raisons, la mise en place de parafoudres ousclateurs est indispensable.On voit qu'en fin de compte, seuls les coups de foudre proches presentent un certain risque pour Ie materiel deposte ; parmi ceux-ci, les coups directs sur les paases, d'amplitude trop faible pour provoquer un arnorcaqe, sonttres contraignants pour les parafoudres, qui doivent alors absorber la quasi totali te du courant de foudre.Ce cas de foudroiement, bien que tres rare, constitue I'un des parametres de dimensionnement des parafoudres a.oxyde de zinc.Le doublement de surtension a egalement l ieu a.I'arrivee de I'onde au poste si Ie disjoncteur (ou Ie sectionneur) dela l igne est ouvert.

En outre, on notera que, pour ceux-ci, la tension apparaissant entre bornes d'entree et de sortie peut avoir deuxcomposantes :- I'une, cote ligne, est I'onde de choc de surtension rnaioree par la reflexion sur l'extremlte ouverte ;- I'autre est la tension entre phases a. trequence industrielle, sur Ie reste du poste ; celle-ci peut se trouver depolarite opposes ; dans ce cas, la tension de crete aux bornes de I'appareil peut atteindre en valeur absolue lavaleur: \ r;-

U T = 2 u, + U r n V +Pour proteqer les appareils places en amont des sectionneurs, c'est-a.-dire les transformateurs de mesure, onutilise actuellement exclusivement des eclateurs d'entree de poste. Par la suite, il pourra etre envisage uneprotection par parafoudres.On represents en laboratoire les ondes de foudre pleines, dont les duress sont tres courtes (quelquesmicrosecondes a.quelques dizaines de microsecondes) par une onde conventionnelle 1,2150 IlS (4). Les ondescoupees ou a.queue courte s'obtiennent en laboratoire par des dispositifs approprles.

3.5 SURTENSIONS ENTRE PHASESLes surtensions considerees precedernrnent etaient des surtensions phase-terre. Ce sont les seules qui affectentles materiels a.phases separees avec masse intermediaire. Pour les autres materiels, elles peuvent se repsrcutersur les phases voisines, notamment par induction. De plus, les surtensions de manceuvre affectent souventdirectement deux ou rnerne les trois phases du reseau, II importe donc d'apprecier les contraintes resultantesentre phases, au rnerne titre que les contraintes phase-terre.

(4) Onde bi-exponentielle dont la duree de front est de 1,2 us et la duree jusqu'a mi-amplitude de queue est de 50 IlS.

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Consloerons d'abord Ie cas des surtensions temporaires qui provoquent a la fois une amplification rnornentaneedes tensions et une elevation du potentiel du neutre. Compte tenu des dephasaqes respectifs, a une surtensiontotale de 1,45 p.u. (205 kV) correspond une surtension phase-neutre qui ne depasss pas 1,2 p.u., a laquelle estassociee une surtension entre phases egale a 1,2 - J 3 p.u. = 2,1 p.u., soit 300 kV.Le rapport de la contrainte entre phases a la contrainte phase-terre est donc au plus de 1,45 - ou 1,5 en valeurarrondie - pour ce type de surtension.Un facteur du meme ordre intervient pour les surtensions de manceuvre, en I'absence de I'eftet de l imitation par lesparafoudres. La contrainte entre phases resulte alors de la superposition des contraintes provoquees sur chaquephase, y compris I 'eftet d' induction reciproque, Lors de I'enclenchement d'une ligne, par exemple, la fermeture desdeux premiers poles du disjoncteur donne naissance a deux surtensions successives, une sur chaque phase.D'une tacon generale, l'etude des surtensions de manceuvre entre phases montre que dans la configurationactuelle du reseau a 225 kV, compte tenu de son mode d'exploitation et du non-emploi de dispositifs limiteurs desurtension a la fermeture des disjoncteurs, une surtension d'amplitude X p.u. sur une phase n'entraine pas desurtension de polarite opposee superieure a Xl2 p.u. sur les autres phases. Un controls base sur I'applicationd'une tension entre phases egale a 3/2 X p.u. convient donc.

Quant aux surtensions de foudre, qui n'aftectent en general qu'une phase a la fois, elles ne donnent lieu sur lesautres phases qu'a des tensions induites relativement faibles, dont on peut, en pratique, ne pas tenir compte.

4 TENUE DIELECTRIQUE DES ISOLEMENTS

4.1 TENUE AUX DIFFERENTES FORMES DE TENSIONLa tenue des isolements aux differentes formes de tension depend de nombreux facteurs l ies a leur nature, a leurgeometrie, a I'environnement, etc.II semble qu'il existe pour chaque materiel, du fait merna de sa conception, ce qu'on peut appeler un rapportnaturel entre les tenues aux difterentes formes d'onde, si bien que Ie respect d'une exigence de tenue a une formede tension deterrninee conduit souvent a des tenues largement suffisantes a d'autres formes de tension.l.'experience a ainsi rnontre que la tenue des isolements dans I'air etait surtout condition nee par la tenue auxondes de manceuvre ou de foudre, tandis que celie des isolateurs et colonnes supports soumis a une legerepollution ou a la pluie l'etait par la tenue a la tension a 50 Hz.Dans beaucoup de cas cependant, Ie comportement relati f des isolernents aux difterentes formes d'onde n'est pasconnu a priori. Ceci est vrai pour la plupart des isolements composites ou les eftets de surface (forme, lignes defuite, etat de surface, pollution) se combinent a des eftets de volume (epaisseur et disposition relative desrnateriaux isolants, techniques de fabrication, etc.). line peut alors etre apprecie que grace a des essaisconventionnels, aussi representants que possible.

4.2 ASPECT ALEATOIRE DES AMORCAGES ET MARGES DE SECURITEPour un materiel, la tenue dielectrique presents une certaine dispersion liee aux conditions de fabrication maisaussi a toutes les contraintes subies anterleurement (tension, temperature, hurnidite, etc.).La determination de celle tenue comporte a son tour une incertitude du fait de la reproducttbrlite imparfaite desconditions d'execution des essais.

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t.'amorcaqs, enfin, qui traduit la limite de tenue, est aussi un phenornene stochastique dans lequel interviennentde nombreuses variables aleatoires, par exemple :- I'amplitude et la forme de la contrainte ;- l'etat du reseau a I'instant d'apparition de la contrainte ;- la rigidite dielectrique relative des composants de I'isolement ;- les conditions d'environnement, cl imatiques et autres.Pour les isolations autoreqeneratrices (isolement dans I'air), i l est souvent possible d'etablir en laboratoirela loi dela probabilite d'arnorcaqe en fonction de la tension appliquee pour differentes formes d'onde. On en deduit auminimum deux niveaux norrnalises (cf. Publication 71-1 de la CEI, article 26 et Publication 71-2, article 10) (1):- la tension disruptive 50 %, correspondant a une probabiltte d'arnorcaqe de 50 % ;- la tension de tenue statistique, correspondant a une probabilite d'amorcaqe de 10 %.Pour les isolations mixtes, il ne peut etre question de rechercher les tensions a probabilite d'arnorcaqe nonnegligeable autrement que sur quelques exemplaires ou composants.Quoi qu'il en soit, il subsiste dans tous les cas une marge d'incertitude sur la tenue dans les conditions reellesd'emploi. On en tient compte par une etude probabi liste dont les conclusions reviennent a rnenaqer entre Ie niveaude tenue des appareils proteges et Ie niveau d'arnorcaqe des appareils protecteurs, une marge de securite dontI'amplitude est fonction de la marge d'incertitude elle-rneme et du taux de detaillance que ron se fixe de ne pasdepasser.

4.3 RETARDS A L'AMORCAGELes choses se compliquent encore par Ie fait que les amorcaqes ne sont pas des phenomenes instantanes. Leretard a l'arnorcaqe depend de la raideur de ronde appliquee, de la distance entre electrodes et de leur forme(champ plus ou moins hornoqene), des caracteristiques dielectriques du milieu et sans doute de beaucoupd'autres facteurs secondaires.L'etuda de ce phenomena est loin d'etre achevee rnalqre les connaissances acquises depuis peu sur la physiquede I'arc.Ce que l'on peut avancer avec Ie plus de certitude est que, toutes choses egales par ailieurs, Ie retard croit avec ladistance entre electrodes et qu'il est plus grand dans I'air a pression atmospherique que dans les gaz souspression (air cornprime, SF6)'Ces donnees, bien qu'incornpletes, sont a prendre en compte dans la coordination des isolements, soitdirectement (par exemple, dans Ie reglage des distances d'amorcaqe dans I'air), soit indirectement en inciuant cephenomene dans la marge de securite consideree precedemrnent.

4. 4 EFFET DE LA P O LA R ITE DE L'ONDEEnfin, la polarite de ronde appliquee peut influer sur Ie niveau de tension tenu.Pour les isolements dans I'air, la tenue au choc de manceuvre ou de foudre est moindre sous onde positive quesous onde negative. L'ecart croit en raison inverse de la raideur de ronde et est d'autant plus marque que Iechamp entre electrodes est heteroqene. C'est ainsi que pour les electrodes tres dissemblables (type pointe-plan),l'ecart de tenue au choc de manceuvre peut depasser 20 %, ce qui explique pourquoi l'on considere toujours etuniquement la tenue sous onde de manceuvre positive.


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II n'en est pas de merne pour les ondes de foudre pleines et a plus forte raison coupees, pour lesquelles l'ecart nedepasse quere 5 %. La tenue est alors toujours definie independarnrnent de la polarite de I'onde appliquee et laplupart du temps verifiee sous les deux polantes.

5 MATERIELS DE PROTECTION

II serait inutilement onereux, en particulier en THT, de develop per un materiel pouvant tenir les surtensionsdefinies ci-dessus. II est donc necessaire de Ie proteqer a I'aide de dispositi fs limitant ces contraintes. C'est Ie roledes eciateurs et des parafoudres.

5.1 ECLATEURSConstitues par deux tiges rnetalhques en regard placees dans l'air et terminees en pointe ou par des comes, lesectateurs creent, en arnorcant au-data d'un certain seuil de tension, un chemin de faible impedance drainantI'energie des surtensions a la terre.L'lnconvenient des sclateurs est que leur caracteristique d'arnorcaqe presents une dispersion importante etdepend des condit ions atmosphE!riques (pression, humrdite, etc.), de la forme et de la polarite de I'onde appliquee.Compte tenu, en outre, du retard a l'amorcaqe, deja rnentionne ci-dessus (cf. 4.3), ils sont surtout aptes aproteqer des isolements de rneme nature qu'eux, c'est-a-dlre dans l'air (5).Dans ce cas, la similitude des variations de tenue et de retard a l'amorcaqe permet d'assurer une protectionacceptable pour toutes les raideurs du front d'onde, a condition de realiser un reqlaqe de la distance d'arnorcaqequi menage une marge de securite convenable. Meme dans ce cas, cette protection n'est consideree commeefficace que pour des apparei ls situes a une distance de 40 a 50 m, au maximum, de l'eclateur.

5.2 PARAFOUDRES

5.2.1 Resistance non llnealreL'elernent de base des parafoudres est la resistance non-Iineaire. La caracterist ique tension-courant idealed'un tel element devrait etre la suivante : jusqu'a une certaine tension, Ie courant qui I~ traverse est nul; au-dela,Ie courant croit mais la tension reste constante. Ainsi, la surtension est ecretee.Jusqu'a la fin des annees 70, seules les resistances au carbure de silicium (SiC) etaient disponibles. Depuis, lesresistances a I'oxyde de zinc (ZnO) sont apparues et, comme Ie montre la figure 1 (page suivante), celles-ci serapprochent beaucoup plus de la caracteristique ideale recherches.

5.2.2 Parafoudres au carbure de siliciumLes parafoudres au carbure de silicium ne sont plus approvisionnes. En annexe, on precise simplement pourmemoirs quelques unes des caracteristiques principales des parafoudres util ises par Ie passe.

(5) HN 65-R-12 et HN 65-S-13 (voir article 11).

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Tension(V/mm)

400300200

1008060

ZnO

20 Courant

Figure 1 : Caracteristiques courant-tension comparees d'un rnateriau non tineaire ideal, du SiC et du ZnO

5.3 PARAFOUDRES A OXYDE DE ZINC

Un parafoudre a.oxyde de zinc est constitue d'un empilage de pastilles elernentaires d'oxyde de zinc en serie eteventuellement en parallels.

N'etant pas muni d'ectateurs, il est en permanence parcouru par un courant qui, s'il est trap important, peutconduire au viei llissement premature des resistances. La valeur de ce courant resulte du choix du constructeur, etla tension maximale de service permanent de chaque pastille en decoule, Cette condition conduit, pour unetension de service donnee du parafoudre, a.un nombre minimal de pastilles a.associer en serie,

Le parafoudre doit par ail leurs etre specifie pour un niveau de protection donne. A toute onde de courantcorrespond une tension residuelle directement proportionnelle au nombre de pastilles en serie. La recherche d'unbas niveau de protection limite donc Ie nombre de pastilles a.placer en sene.

Enfin, Ie parafoudre doit etre capable, en toutes circonstances, de dissiper sous forme de chaleur I'energie quiapparait entre ses bornes. Lors de I'ecretage d'une surtension, I'snergie appliquee au parafoudre est d'autant plusgrande que son niveau de protection est bas; cela tient a. la formede la caracterlstique courant-tension de lapastille. Or, la capacite de dissipation de chaleur du parafoudre est hrnitee, En particulier, iIdoit etre capable, apresextinction de la surtension qui a provoque un echauffement, de se refraidir sous la tension de service permanent.

Pour respecter cet imperatit de tenue, on peut agir de deux tacons :- soit reduire I'energie a.dissiper en augmentant Ie nombre de pastilles en sene, c'est-a.-dire elever Ie niveau deprotection du parafoudre ;

- so it augmenter sa capacite d'absorption, c'est-a.-dire diminuer la temperature maximale atteinte, enaugmentant Ie nombre de pastilles mises en parallele, mais au detriment de son prix.

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En definitive, specifier un parafoudre a oxyde de zinc consistera a rechercher, en vue d'une utilisation donnee, Iemeilleur compromis entre des exigences contradictoires :- une faible consommation en regime permanent;- un niveau de protection bas ;- un moindre prix.

5.4 SPECIFICATION DES PARAFOUDRES A OXYDE DE ZINCUn parafoudre est defini par:- sa tension maximale de service permanent qui est la tension maximale qu'il est capable de supporter sansvieillissement excess if en regime permanent pendant toute sa duree de vie;

- sa tension assignee qui est liee a la surtension temporaire que I'on peut appliquer pendant 10 s au parafoudreayant absorbe une forte energie sans constater d'emballement thermique ;

- son courant nominal de decharqe qui est la valeur de crete de I'onde de choc du courant de forme 8/20 I - l S quidefinit la classe du parafoudre et sert de reference pour la tension residuelle ;- sa tension residuelle au courant nominal de decharqe qui est encore appelee niveau de protection au choc defoudre;

- sa tension residuelle pour les ondes de courant de longue duree (ct. tableau I) ou niveau de protection au chocde manreuvre.

5.5 CHOIX DES PARAFOUDRES POUR LE NIVEAU 225 kVLa connaissance des possibi lites de I'oxyde de zinc et les etudes menses ont conduit a retenir pour les deux typesde parafoudre du reseau a 225 kV, les valeurs rassemblees dans Ie tableau I.Les parafoudres pour les transformateurs du Transport correspondent aux surtensions temporaires a 1,45 p.u. etceux des autres materiels a 1,6 p.u.

6 ELEMENTS SUR LESQUELS S'APPUIE LE CHOIX DES NIVEAUX DE TENUEDU MATERIEL

La coordination des isolements du reseau a 225 kV, presentee dans ceUe note, prend en compte les possibili tesoffertes par les nouveaux parafoudres a oxyde de zinc. Grace aux bas niveaux de protection qui caracterisent cesappareils, Ie niveau de tenue au choc de foudre des materiels de poste pourrait etre notablement abaisse.Cependant, i l apparait que ceUe consequence n'est interessante sur Ie plan econornique, dans l 'etat actuel de latechnique, que pour les transformateurs. D'un autre cote, a tenue au choc lnchanqee des materiels, il est evidentque la mise en place de parafoudres a oxyde de zinc accrott la tiabilite et la lonqevite des materiels.Dans ce qui suit, l'un ou I'autre des deux points de vue evoques ci-dessus sera utilise:a) Pour les transformateurs du Transport, une nouvelle generation de transformateurs, a isolement reduit,

permeUra de beneficier pleinement des avantages economiques procures par les parafoudres a oxyde dezinc.

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b) Pour les transtormateurs de production, les transformateurs a . isolement normal du Transport et les cables,dont la tenue au choc reste inchanqee, c'est Ie deuxisma point de vue qui prevaut, Pour ces materiels onpreconisera I'emploi de parafoudres a oxyde de zinc dans les zones a . fort risque orageux (niveaukeraunique ~ a . 25 ou poste en antenne).Note: Par contre, dans les zones a . faible risque orageux (niveau keraunique < 25) et lorsque Ie poste

possede plus d'un depart ou d'une arrives, la protection par eclateurs reste acceptable.c) Les materiels sous enveloppe rnetall ique seront systernattquernent proteges par des parafoudres a . oxyde de

zinc, tant en raison de leur cout eleve que de I'ampleur des consequences qu'entraine un detaut dielectr iquesurvenant dans ces materiels.

d) En ce qui concerne les materiels des cellules de ligne et des jeux de barres des postes exterleurs, il n'y aaucun interet, ni technique, ni econornique, a . reduire les niveaux d'isolement.Les raisons qui justitient ce statu-quo sont de deux sortes : d'une part, com me les isolations de ces materielssont presque exclusivement consti tuees de colonnes-supports, de chaines d'isolateurs et de distances dansI'air, iI apparait que leur reduction n'aurait qu'une incidence tout a . fait minime sur Ie coot d'un poste ; d'autrepart, il ne faut pas perdre de vue que ces isolations sont egalement soumises a . d'autres contraintes parmilesquelles la tension permanente de service, sous pluie ou sous pollution, vis-a-vis de laquelle une securite detenue absolue doit etre garantie. En consequence, ces materiels continuent a . etre proteges contre lessurtensions atrnospheriques comme actuel lement, par des eclateurs places sur les arrivees des lignes et dontIe reglage reste egalement lnchanqe.A noter cependant que les transformateurs de mesure, qui com portent des isolations internes (condensateursou bobinages) et qui sont places en entree de poste, continuent egalement a etre proteges par les eclateurs,La possibifite d'une protection par parafoudres pourra etre envisaqee par la suite lorsque Ie risque defoudroiement est eleve.

e) Enfin, la conception de I'isolement des lignes est independante de I'emploi de parafoudres ou d'eclateurs. Lescaractenstiques d'isolation des lignes a . 225 kV sont rappelees au paragraphe 7.1 ci-apres.

7 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES LlGNES ET CABLES

7.1 LIGNESEn regie generale, les lignes a 225 kV ne sont pas protegees sur toute leur longueur par des cables de garde,seuls les abords des postes Ie sont.Les Directives du CERT (6) precisent, suivant Ie type de ligne, la protection a assurer. La presence ou non decables de garde n'a que peu d'influence sur la coordination des isolements a t'interieur des postes ; seule latrequence d'apparition de surtensions de niveau eleve, par foudroiement proche du poste, est modinee.

7.1 .1 Isolement phase-terreSi I'isolement de la ligne ne peut eire economiquement dimensionne pour l imiter les arnorcaqes dus aux coups defoudre directs, il joue par centre un role important pour limiter la sensibi lite aux arnorcaqes en retour. D'autre part,les lignes ne doivent avoir qu'une tres faible probabilite de detalllance lars des surtensions de manceuvre etparncuilerernent cel les qui resultent des reenclenchements triphases. Cette tenue jusqu'au niveau 3,1 p.u. soit620 kV (cf. 3.3) determine les valeurs minimales de distances a . respecter entre les conducteurs et les masses

(6) Directives techniques pour I'elaboration des lignes aeriennes - CERT

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environnantes (intervalle entre corne et anneau, entre conducteur et pylone), ce qui entraine une certaine tenue auchoc de foudre. Cette valeur deterrninera Ie nombre de detauts dus a la foudre ainsi que I'amplitude dessurtensions propaqees par la l igne. Celles-ci vont alors fixer l 'enerqie que les parafoudres auront a dissiper ainsique Ie niveau des surtensions transmises aux postes d'extrernltes de la ligne.De meme, Ie risque de detaillance sur surtension temporaire et sous tension de service permanent do i t etrequasiment nul. Cette contrainte conditionne la tenue a 50 Hz sous pollution des chaines d'isolateurs, d'ou lalongueur minimale de leur ligne de fuite.Aces contraintes d'ordre technique s'aloutdnt des elements relatifs aux distances a respecter au-dessus du sol,des constructions et structures diverses (7), ainsi que des prescriptions relatives aux travaux sous tension, qui fontI'objet de textes reglementaires.Compte tenu des distances d'isolement utilisees sur les lignes a 225 kV actuelles, I'isolement phase-terre estcaracterise par les valeurs suivantes :- tension de tenue au choc de manceuvre: 650 kV ;- tension de tenue au choc de foudre : 900 kV;ainsi que par une condition sur la ligne de tuite des isolateurs dependant de la zone de pollution sur Ie parcours dela ligne.

7.1.2 Isolement entre phasesEn regie generale, la tenue entre phases des lignes n'est pas un facteur dimensionnant car I'isolement entrephases resulte d'une distance determinee par de nombreuses autres contraintes (balancement des conducteursdO au vent, au givre, isolement phase-terre necsssaire au niveau des pylones). Cependant, dans certains cas, siles distances doivent etre reduites ou si I'on veut rendre les lignes plus compactes, il faut verifier que la tension detenue aux surtensions de manceuvre est superieure a la valeur exigible, soit 650 x 1,5 = 975 kV (ct. 3.5).

7.2 CABLES

7.2.1 Niveau d'isolementLes cables uti lises sur Ie reseau a 225 kV sont de type unipolaire et isoles, soit au papier impreqne sous pressiond'huile, soit au polyethylene. lis sont utilises sur de courtes longueurs dans les postes ou aux arrivees de ligne et,sur des distances plus importantes, pour I'alimentation de transformateurs situes dans les vi lles.Compte tenu de la bonne experience en exploitation du materiel existant, la valeur actuel le de la tension de tenueau choc de foudre, soit 1 050 kV, est conservee.Dans l'etat actuel de la technique, cette valeur n'est pas un facteur de dimensionnement. En eftet, la contraintedeterminants pour les cables a ce niveau de tension est la tenue a 50 Hz, determines par des considerations degradient de champ electrique et de vieill issement.Cette tension de tenue a 50 Hz est fixee a 350 kV pendant 24 h.

7.2.2 ProtectionLa protection des cables est assuree normalement par des eclateurs regles au meme niveau que ceux desarrivees de ligne dans les postes. .

(7) Arrete interministeriel du 26 mai 1978. Conditions techniques auxquelles doivent satisfaire les distributions d'energieelectrique" (dit Arrete techniqus )

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Dans les zones a haut risque orageux (niveau kerauniqus Ni ~ 25), les cables sont a proteqer par un parafoudre aoxyde de zinc.Dans Ie cas d'une arrivee de ligne aerienne comportant un troncon de cable souterrain, Ie dispositi f de protection(eclateurs ou parafoudres) doit etre installe a la jonction aerc-souterraine.De plus, il faut installer un deuxlerne dispositif de protection (eclateurs ou parafoudres) a I'autre extrernite du cablesi la longueur du troncon de cable est comprise entre 100 m et 700 m. En deca de 100 m, la protection apporteepar Ie dispositif situe a la jonction aerosoutsrraine est suffisante ; au-dela de 700 m, on considere que lessurtensions sont amorties par Ie cable et ne presentent plus de danger.Rappelons ici que la distance de reqlaqe des eclateurs d'entree de poste pour les reseaux a 225 kV est de 0,80 met que leur niveau de protection au choc de foudre est de 600 kV.

8 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES TRANSFORMATEURS

8.1 TRANSFORMATEURS DU SERVICE DU TRANSPORT A ISOLEMENT REDUITCe type de transformateur doit etre exclusivement protege par des parafoudres de tension assignee egale a192 kV, dont Ie niveau de protection au choc de foudre est de 475 kV. Les transformateurs a isolement reduit sontdonc reserves aux postes du Transport, ou les surtensions temporaires ne depassent jamais 1,45 p.u. (205 kV),correspondant aux cas analyses en 3.2.1.

8.1.1 Considerations sur la protection au choc de foudreLa disposition du parafoudre par rapport au transformateur, c'est-a-dire la distance de protection du parafoudre,est un parametre fondamental dans Ie choix de la tenue au choc de foudre des transformateurs. En effet, I'onde desurtension arrivant dans Ie poste et ecretee par Ie parafoudre, excite une oscillation a . haute trequence faiblementamortie, Ie long de la connexion comprise entre Ie parafoudre et Ie transformateur.La frequence et I'amplitude de cette osci llation dependent en premier lieu de la longueur de cette connexion et dela capacite du transformateur. Des simulations et des mesures dans un poste ont montre que I'amplification detension aux bornes du transformateur, par rapport a . la tension de protection du parafoudre, atteignait 1,25 pourune longueur de connexion de 5 m et 1,7 pour une longueur de 40 m. Ces valeurs sont des valeurs extremes, quin'apparaissent que dans Ie cas ou Ie transformateur est place dans un poste en antenne et en presence d'un coupde foudre tres proche.Ce phenomena d'oscillations montre neanmoins que, si I 'on veut beneficier au mieux du niveau de protection offertpar les parafoudres a oxyde de zinc, il convient d'installer ceux-ci au plus pres des transformateurs. II est doncpreconise de les installer directement sur la cuve de ces derniers (8).Dans ces conditions, il serait en principe envisageable, en tenant compte d'une marge de securite de 15 %, deproposer un niveau de tenue au choc de foudre des transformateurs a . isolement redutt de 475 x 1,15 = 550 kV.Cependant, a la suite d'une etude technico-econornique real isee par la Profession, qui fait apparaitre d'autrescontraintes, comme par exemple la compatibi lite avec la tenue pendant une longue duree a . la tension de service,la tension de tenue au choc de foudre retenue en definitive est de 650 kV.L'economie realisse par rapport a . la solution avec transformateurs plein isolement + eclateurs atteint neanmoins6 a 10 %, Ie coat des parafoudres etant inclus dans cette estimation.

(8) Le gabarit normalise des distances entre pieces sous tension du parafoudre et objets environnants devra bien entendu etrerespecte aussi dans cette disposition parnculiere.

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8.1.2 Tenue au choc de manmuvreLes surtensions de manreuvre phase-terre, ainsi que celles entre phases, sont egalement limltees par Ieparafoudre ; de ce fait, les valeurs a . prendre en compte sont bien inferieures a . celles donnees a I 'article 3. Par desconsiderations semblables a celles du paragraphe precedent, les tensions de tenue aux surtensions demanoeuvre sont fixees a . :- 550 kV phase-terre;- 550 x 1,5 = 825 kV entre phases.

8.1.3 Comportement it frequence industriellePour les nouveaux transformateurs 225 kV/HT de 170MVA a isolement reduit, I'essai traditionnel de tenue a50 Hz pendant 1 min est rernplace par un essai a 50 Hz de longue duree avec mesure des decharqss partiel les.Cet essai est actuellement prevu par la CEI pour res enroulements de transformateurs avec Urn~ 300 kV selon lamethode 2.

Pour les rnodali tes de cet essai, on se reterera au paragraphe 11.4 de la Publication 76-3 de la CEI (1980) (1), lestensions d'essai etant U1 = Urn = 245 kVet U2 = 1,3Urn/Y3 = 185 kV, Ie niveau de decharqe partielle ne devantpas depasser 300 pC.

8.2 TRANSFORMATEURS DU SERVICE DU TRANSPORT A PLEIN ISOLEMENTCertains transformateurs du Service du Transport, dont I'usage dans I'avenir restera tres limite, conserveront Ieniveau d'isolement utilise jusqu'a present, defini par les valeurs de tension de tenue :- 900 kV au choc de foudre (9) ;- 395 kV a 50 Hz pendant 1 min.La protection normale de ces transformateurs reste assures par les eclateurs d'entree de poste.Dans les situations a fort risque, c'est-a-dire lorsque Ie transformateur est susceptible de fonctionner en antennependant une fraction significative de son temps de fonctionnement total, la protection do i t etre rentorcee par unparafoudre de tension assignee egale a 192 kV, dont Ie niveau de protection au choc de foudre est de 475 kV.Compte tenu de la marge de securlts existant entre la tension de tenue de ce type de transformateur et Ie niveaude protection, il n'est plus necessaire de placer Ie parafoudre sur la cuve du transformateur. Une distance deprotection maximale de 40 m est admissible.

8.3 TRANSFORMATEURS DE PRODUCTIONLes transformateurs principalement concemes sont ceux des centrales hydraul iques reliees au reseau a 225 kVainsi que ceux d'alimentation des auxiliaires des centrales nucleaires.Dans les deux cas, la perte du transformateur conduirait a I'immobilisation de t'unite de production a laquelle il estassocie, sans possibi lite de report sur une autre voie. Au souci de proteqer Ie transformateur proprement dit doits'ajouter Ie souci specifioue de preserver la production de puissance. C'est pourquoi les tensions de tenue ont etefixees a 1 050 kV au choc de foudre et a 460 kV a 50 Hz pendant 1 min.La protection normale de ces transformateurs reste assuree par les eclateurs d'entree de poste.

(1) Voir article 11.(9) La tension de 900 kV n'est plus une valeur norm ali see recomrnandee par la Publication 71-1 de la GEl (voir article 11).Si un niveau de tenue de cet ordre devait etre maintenu dans I'avenir, Ie choix devra se porter, soil sur 850 kV en choc defoudre et 360 kV a 50 Hz, soit sur 950 kV en choc de foudre et 395 kV a 50 Hz.

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Dans des situations a fort risque orageux (poste en antenne, l iaison aero-souterraine, niveau keraunique "" 25), laprotection par parafoudres est indispensable. Compte tenu des surtensions temporaires plus elevees au voisinagedes centrales, soit 1,6 p.u. (228 kV) comme indique en 3.2.2, les parafoudres a utiliser sont exclusivement desparafoudres de tension assignee egale a 222 kV dont Ie niveau de protection au choc de foudre est de 550 kV.Comme dans Ie cas des transformateurs du Transport a isolement traditionnel (cf. 8.2), la marge de sscuriteentre la tenue au choc de foudre et ce niveau de protection est suffisante pour tolerer une distance de protectionmaximale de 40 m.

8.4 NEUTRES DES TRANSFORMATEURS ET DES BOBINES D'INDUCTANCE DE NEUTRE -PARAFOUDRE DE NEUTREDans Ie cas ou les transformateurs fonctionnent a neutre lsole, les contraintes a frequence industrielle sontelevees, puisque I'on considere que Ie potentiel du neutre peut monter [usqu'a la valeur de la tension phase-terre;c'est ce qui se produit notamment en cas de non-ouverture d'un pole de disjoncteur.Avec la mise a la terre par bobine d'inductance, ces montess en potentiel excessives ne sont pas a craindre.Les causes de tensions a 50 Hz aux bornes de la bobine d'inductance sont, outre la defaillance d'un pole dedisjoncteur, principalement l'ecoulernent des courants de dstauts homopolaires et, eventuellement, I'encienche-ment du transformateur (associe a une forte saturation et a une presence de trequences harmoniques). Mais latension a 50 Hz la plus contraignante pour Ie parafoudre de neutre correspond a l'ecoulement des courants dedetauts, Sa valeur a ete evaluee a 0,64 p.u. (soit 90 kV).La tenue des neutres de transformateurs et des bobines d'inductance au choc de foudre n'est pas a envisager, enraison de I'amortissement et de la deformation importante des ondes se propageant Ie long des enroulements destransformateurs. Les contraintes transitoires qui apparaissent alors s'apparentent bien plus, du point de vue deleur forme, aux surtensions de manreuvre.Dans ces conditions et pour couvrir tous les cas possibles, y compris eventuellement I'exploitation a neutretotalement isole, il est propose, pour Ie parafoudre de neutre, une tension assignee egale a 144 kV, a laquellecorrespond un niveau de protection au choc de manoeuvre de I'ordre de 310 kV.L'emploi de ces parafoudres, de tension assignee egale a 144 kV, conduit a retenir, pour les bobines d'inductance,les tensions de tenue des neutres des autotransformateurs, a savoir : 450 kV au choc de manreuvre et 185 kV a50 Hz pendant 1 min.

9 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DE L'APPAREILLAGE DE POSTE

Comme indique a I'article 6, la protection systematique par des paraf6udres de I'ensemble d'un poste aerien ne sejustifie pas. Le materiel de poste reste donc protege par des eclateurs ; compte tenu de la bonne experienced'exploitation avec les eclateurs a cornes de 0,80 m de distance d'amon;:age, ce reglage est conserve.Les surtensions de manreuvre atteignant 2,2 p.u. (440 kV) et exceptionnellement 3,1 p.u. (620 kV), alors que latension d'amon;:age en onde de manoeuvre norrnalisee positive se situe entre 400 kV et 500 kV, ces eclateursfonctionneront rarement sur manreuvres norm ales pour lesquelles la probabil ite d'atteindre 2,2 p.u. reste faible.Seules quelques manreuvres rares, comme Ie reenclencnernent sans detaut, presenteront une certaineprobabil ite de ne pas pouvoir etre executees avec succes, du fait d'un amorc;age possible de l'eclateur. En choc defoudre, la tension d'amorc;age de ces eclateurs est d'environ 600 kV en onde 1,2150 11s (cette valeur defini t leurniveau de protection) et environ 650 kV en onde a front tres raide.

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9.1 ISOLEMENT PHASE-TERREPuisqu'il n'a pas ete dsmontre d'interet economique a reduire I'isolement du materiel, les valeurs de tension detenue utlhsees jusqu'a present et donnant satisfaction, sont conservees. Le materiel est donc essays a :- 1 050 kV au choc de foudre ;

460 kV a 50 Hz, pendant 1 min, a sec et sous pluie.En cas de pollution importante, des conditions partlculieres de tenue peuvent etre exigees.

9.2 ISOLEMENT ENTRE PHASESCe ne sont pas en general les exigences de la coordination des isolements qui fixent les ecarternents entrephases; de plus, compte tenu des valeurs elevees prises pour les tenues phase-terre assurant une marge detenue couvrant les surtensions entre phases, les valeurs retenues sont identiques a cel les entre phase et terre,soit:- 1 050 kV au choc de foudre ;

460 kV a 50 Hz, pendant 1 min, a sec et sous pluie.

9.3 ISOLEMENT LONGITUDINALPour cet isolement propre aux appareils d'interruption et de sectionnement, les niveaux de tenue exigibles sontprincipalement determines en conslderant la probabilite d'occurence de contraintes sirnultanees sur les polesd'entree et de sortie. II convient cependant de distinguer Ie cas du disjoncteur de celui du sectionneur. Le niveaueleve de tenue au choc de foudre recornrnande pour les sectionneurs resulte pr incipalement de considerations desecurite pour Ie personnel. De ce fait, aucun franchissement, dans aucune circonstance, n'est tolerable. Lestensions de tenue retenues sont les suivantes :a) Pour les disjoncteurs :

- 1 050 kV au choc de foudre ;460 kV a 50 Hz, pendant 1 min, a sec et sous pluie.

b) Pour les sectionneurs :- 1 200 kV au choc de foudre ;

530 kV a 50 Hz, pendant 1 min, a sec et sous pluie.

9. 4 NIVEAU D'ISOLEMENT DES JEUX DE BAR RES ET CONNEXIONSL'isolement de ces elements de poste est constitue essentiellement de distances dans I'air . La eEl (10) definit desvaleurs minimales, pour I'isolement phase-terre et celui phase-phase, qui ont ete etablies sur la base d'uneprobabilite non nulle d'arnorcaqe. Un tel arnorcaqe provoquant un detaut barre ne peut etre accepte, d'ou unelegere majoration de ces valeurs, ce qui permet de tenir compte de la presence de nombreux isolements enparaaele, Les distances minimales a retenir sont donc :entre phase et masseentre phases

2,14 m;2,47m .

(10) Publications 71-2 et 71-3 de la GEl (voir article 11).

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A ceci s'ajoute une contrainte sur la ligne de fuite des supports, dependant de la zone de pollution a considersr.Les distances effectives a respecter dependent bien entendu d'autres facteurs lies a la secunte des personnes, ala circulation d'engins, etc.

10 NIVEAUX D'ISOLEMENT ET PROTECTION DES POSTES SOUSENVELOPPE METALLIQUE

Dans la technologie actuelle, les postes a 225 kV sous enveloppe metallique ne comportent aucun elementtnphase, chaque phase constituant un systems separe lsole dans Ie SF6. Cela les distingue nettement, du point devue de la coordination des isolements, des postes lsoles dans I'air par Ie fait que:- il n'y a plus que des isolements phase-masse et longitudinaux ;- la tenue n'est que peu modifiee par la forme de I'onde ou par sa polarite ;- la pollution n'a pas d'effets, sauf evidemment sur les traversees ;- la geometrie et les rnateriaux employes font que les divers elements du poste se com portent comme deselements de propagation a tres faible amortissement en haute trequence.

Ce dernier point donne une certaine importance a un type de manoeuvre qui, jusqu'a present, n'etait pas considerepour la coordination des isolements : les manoeuvres de sectionneurs. Ce type de manoeuvre engendre des ondesa front tres raide, peu amorties et qui, par suite de reflexions successives, produisent des surtensions dont Ieniveau peut atleindre 3 p.u., so i t 600 kV.

10.1 PROTECTION DES POSTES SOUS ENVELOPPE METALUQUELes retards a I'amorc;:age etant tres differents entre Ie materiel sous enveloppe rnetalnque et les eclateurs dansI'air, il y a des risques, avec une protection par eclateur, d'amorc;:age dans Ie poste sous enveloppe rnetaltlque.Etant donne Ie coat eleve d'un tel poste et de sa reparation, il n'est pas possible d'admettre un tel risque. C'estpourquoi i l est necessaire de proteqer Ie mater iel sous enveloppe rnetall ique par un parafoudre, qui ne presentequ'une faible variation de son niveau de protection avec la forme d'onde.

rLa protection des postes sous enveloppe rnetallique dans leur ensemble (transformateur compris) estnormalement assures par les parafoudres d'entree de poste ou, dans Ie cas d'une arrivee comportant un tronc;:onde cable souterrain, par les parafoudres proteqeant la jonction aero-souterraine (cf. 7.2).Cependant, il faut, dans certains cas, renforcer cette protection par I 'installation de parafoudres supplernentaires :- a l 'extrernite susceptible de ne pas etre suff isamment protegee (aux bornes du transformateur),et/ou

- a des positions interrnediaires (dans les jeux de barres ou a la jonction cable-jeu de barres sous enveloppemetallique).

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Pour determiner si un tel renforcement est necessaire et quel emplacement retenir pour les parafoudressupplementaires, chaque installation doit faire I'objet d'un examen particulier en tenant compte de crltereseconomiques tel que Ie prix des parafoudres sous enveloppe rnetallique ou ouverts .

Les postes sous enveloppe metallique doivent etre proteges par des parafoudres de tension assignee egale a .222 kV dont Ie niveau de protection au choc de foudre est de 550 kV.

10.2 NIVEAUX D'ISOLEMENT PHASE-MASSE DES POSTES SOUS ENVELOPPE METALLIQUELes tensions de tenue des postes sous enveloppe metallique au choc de foudre et a . 50 Hz restent les memes quecelles de I'appareillage des postes ouverts, a savoir 1 050 kV au choc de foudre et 460 kV a 50 Hz. Ces valeurslaissent une importante marge de securite vis-a-vis des differentes contraintes, y compris celles dues auxmanceuvres de sectionneurs du fait de la protection par parafoudre.

10.3 ISOLEMENT LONGITUDINAL DE L'APPAREILLAGE DES POSTES SOUS ENVELOPPE METALLIQUELes valeurs actuellement utilisees pour les tensions de tenue entree-sortie de I'appareillage des postes sousenveloppe rnetatlique sont conservees, soit :- 1 050 kV au choc de foudre et 460 kV a 50 Hz, dans Ie cas des disjoncteurs ;- 1 200 kV au choc de foudre et 530 kV (11) a 50 Hz, pour les sectionneurs.La tenue longitudinale elevee des sectionneurs se justi fie, comme pour les sectionneurs aerlens, par des raisonsde securite, Ie franchissement accidentel n'etant pas acceptable.

11 DOCUMENTS AUXQUELS IL EST FAIT REFERENCE

11.1 DOCUMENTS DE NORMALISATION EDFHN 65-R-12Septembre 1980

La protection centre les surtensions des installations a haute et tres haute tension (63 a400 kV) - Generalites.

HN 65-5-13Septembre 1980

Eclateurs de protection des installations a haute et tres haute tension (63 a 400 kV).

HN 65-5-25En preparation

Parafoudres a oxyde de zinc sans eclateurs pour la protection des installations a haute ettras haute tension (63 a 400 kV).

(11) Une pratique ancienne fixait celie valeur a 620 kV, valeur qui s'ecartait de celie recornmandee par la CEI (530 kV). Elleresultalt de I 'insertion d'un scran de protect ion mis a la masse lorsque Ie sect ionneur etai t ouvert. Ce type de sectionneur aecran est maintenant abandonne.

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11.2 NORMES ETABLIES PAR L'UNION TECHNIQUE DE L'ELECTRICITE (UTE)

UTE C 64-115Mars 1974

Disjoncteurs tripolaires : Regles complementaires speciales pour la coupure descourants de transformateurs a vide et des courants de lignes aeriennes a vide: Normeprovisoire.

UTE C 64-116Mars 1974

Disjoncteurs tripolaires : Regles cornplementaires speclales pour la coupure des detautsc on se cu nts : Norme provisoire.

11.3 PUBLICATIONS DE LA COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE (CEI)

CEI71 Coordination de I'isolement- 71-1 (1976)- 71-2 (1976)- 71-3 (1982)

Premiere partie: Termes, defini tions, pr incipes et reqles.Deuxieme partie: Guide d'application.Troislerne partie: Coordination de I'isolement entre phases. Principes, regles et guided'application.

CEI76 Transformateurs de puissance.- 76-3 (1980) Troisierne partie: Niveaux d'isolement et essais dielectriques

11.4 TEXTES OFFICIELSArrete interministeriel du 26 mai 1978 "Conditions techniques auxquelies doivent satisfaire les distributionsd'energie electrique".

11.5 AUTRES DOCU.MENTS EDFNote de doctrine n 240.86.01 du 14 mai 1986 Protection des materiels des postes a haute et tres haute tensioncontre les surtenstons (EDF, Service du Transport, Departernent mater iel haute tension).Directives techniques pour l'etabllssement des lignes aeriennes (EDF, Service du Transport, Centre d'equioernentdu rsseau de transport).Note HM 15-960 " Projet de specifications techniques des parafoudres a oxyde de zinc destines a la protectiondes reseaux a haute et tres haute tension".

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TABLEAUX

Le tableau I recapltule les principales caractertstlques des parafoudres a oxyde de zinc utilises sur Ie reseau a225 kV, contormement a la presente note H.Le tableau II rassemble les principes de mise en ceuvre des divers dispositifs de protection retenus : ectateursd'entree de poste et parafoudres de tensions assignees 192 et 222 kV. Pour de plus amples informations sur lesregles d'instal lation, il convient de se referer a la note de doctrine n 240.86.01 du Service du Transport (1).Le tableau III rappelle les tensions d'essai a appliquer au materiel des postes.

Tableau ICARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES PARAFOUDRES A OXYDE DE ZINCUTILISES SUR LE RESEAU A 225 kV

CARACTERISTIQUES PARAFOUDRES DE PHASE PARAFOUDREDE NEUTRE

Surtension temporaire 1,45 p.u. 1,6 p.u. -Tension de servicepermanent 142 kV -(valeur efficace)

Tension assignee 192 kV 222 kV 144 kV(valeur efficace)Niveau de protectionau choc de foudre 475 kV 550 kV -(valeur de crete)Niveau de protectionau choc de manceuvre 400 kV 460 kV 310 kV(valeur de crete)

Niveaux de pollution Voir HN 65-S-25 (2)(1) Voir article 11.(2) La Norme HN 65-S-25 est en preparation. Dans cette attente, on peul se referer au document HM 15-960 (voir article 11).

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Tableau"RECAPITULATION DES DISPOSITIFS DE PROTECTION

INSTALLATION CHOIX DU COMMENTAIRESCONCERNEE DISPOSITIF

DE PROTECTIONArr ivee de l igne asr lenne sur