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2AEIFI – 2AMIFI & 3AMIFC - 3AEIFC COURS MARS 2013 APPAREILLAGE ELECTRIQUE A HAU

2AEIFI – 2AMIFI & 3AMIFC - 3AEIFC COURS MARS 2013 APPAREILLAGE ELECTRIQUE A HAUTE TENSION 1/22 APPAREILLAGE ELECTRIQUE A HAUTE TENSION Préparé par: Pascal KERE Appareillage électrique 800 kV DEFINITION L'appareillage électrique à haute tension est l'ensemble des appareils électriques qui permettent la mise sous ou hors tension de portions d'un réseau électrique à haute tension (y compris pour des opérations de délestage). L’appareillage électrique est un élément essentiel qui permet d’obtenir la protection et une exploitation sûre et sans interruption d’un réseau à haute tension. Ce type de matériel est très important dans la mesure où de multiples activités nécessitent de disposer d'une alimentation en électricité qui soit permanente et de qualité. L’appellation « haute tension » regroupe l'ancienne moyenne tension (HTA) et l'ancienne haute tension (HTB), elle concerne donc les appareils de tension assignée supérieure à 1 000 V, en courant alternatif, et supérieure à 1 500 V dans le cas de courants continus. Les applications industrielles des disjoncteurs à haute tension sont pour l'instant limitées au courant alternatif car elles sont plus économiques, il existe cependant des sectionneurs à haute tension pour liaisons à courant continu. L'appareillage électrique à haute tension a été créé dès la fin du XIX e siècle, au début pour la manœuvre des moteurs et autres machines électriques. Il n'a cessé de se développer, l'appareillage est actuellement utilisé dans toute gamme des hautes tensions, jusqu'à 1 100 kV. PERSPECTIVE HISTORIQUE L'évolution de l'appareillage à haute tension, en particulier les techniques de coupure qui ont été utilisées, a été influencée par les progrès technologiques, le développement des moyens de calcul qui ont permis d'optimiser les dimensions des appareils, la concurrence qui a poussé les constructeurs à réaliser des appareils de plus en plus économiques, mais aussi par l'évolution des réseaux qui a nécessité de réaliser de l'appareillage pour des tensions de plus en plus élevées. Le tableau suivant montre l'évolution de la tension maximale des réseaux à haute tension, à partir de 1912, année de mise en service de la première ligne de tension supérieure à 100 kV. 2/22 L'augmentation du courant de court-circuit dans les réseaux à haute tension a favorisé l'avènement des disjoncteurs à air comprimé dans les années 1960, en effet l'augmentation de la consommation et donc des puissances installées a nécessité de disposer d'appareils capables de couper des courants supérieurs à 40 kA, ce qui était le pouvoir de coupure maximum possible avec les disjoncteurs à huile en extra-haute tension. Durant les années 1970, c'est plutôt le moindre coût et la simplicité des disjoncteurs SF6 qui ont permis à ces derniers de supplanter à leur tour les appareils à air comprimé, les deux techniques permettant d'obtenir les pouvoirs de coupure les plus élevés, 50 kA ou 63 kA, exigés alors en haute tension. En moyenne tension, les appareils à huile ont été remplacés par les appareils au SF6 ou à vide car ces derniers ont des performances en coupure supérieures, une endurance électrique étendue et nécessitent moins de maintenance en service. La consommation d'électricité et par suite les besoins en puissance installée et en équipements à haute tension sont en forte augmentation depuis 2005, c'est tout particulièrement le cas en Chine dont la puissance installée est de 600 000 MW (Méga watts) en 2006 et devrait atteindre 1 300 000 MW en 2020, la Chine aura alors la puissance installée la plus élevée au monde, et dépassera les États-Unis. Pour sa part, l'Inde prévoit de multiplier par 3 sa puissance installée entre 2012 et 2025, elle sera alors de 600 000 MW, et de mettre en service un réseau de transmission à ultra-haute tension de 800-1200 kVAC et 800kV HVDC. CLASSIFICATIONS L’appareillage électrique à haute tension peut être classé en plusieurs catégories selon sa fonction, sa tension, sa destination, son installation et son type d'isolement. Classification par fonction 3/22 Ligne Pays Tension réseau (kV) Année Lauchhammer - Riesa Allemagne 1103 1912 Brauweiler - Ludwigsbourg Allemagne 2203 1929 Boulder Dam - Los Angeles Etats Unis 2874 1932 Harsprånget - Hallsberg Suède 3805 1952 Moscou - Volgograd URSS 5256 1960 Montréal - Manicouagan Canada 7357 1965 Broadford - Baker Etas Unis 7658 1969 Ekibastuz - Kokchetav URSS 12009 1985 Suvereto - Valdicciola Italiy 1050 1981-1995 10 Minami - Niigata Japon 110011 1993 Jindongnan - Jingmen Chine 1100 2009 12 Sectionneurs Sectionneur à haute tension à isolement dans l'air Ce sont avant tout des organes de sécurité utilisés pour ouvrir ou fermer un circuit lorsqu’ils ne sont pas parcourus par un courant. Ils sont utilisés pour isoler un ensemble de circuits, un appareil, une machine, une section de ligne aérienne ou de câble, afin de permettre au personnel d’exploitation d’y accéder sans danger. L'ouverture des sectionneurs de ligne ou de jeu de barres (les conducteurs qui permettent de relier l'arrivée d'énergie d'un poste à haute tension vers les différents organes internes) est nécessaire pour assurer la sécurité mais n'est pas suffisante, il faut en outre effectuer des mises à la terre en amont et en aval de l'appareil sur lequel on souhaite intervenir. On distingue donc les sectionneurs, proprement dits, des sectionneurs de mise à la terre (ou MALT ou sectionneur de terre) qui ensemble contribuent à la mise en sécurité d'une portion de réseau électrique. En principe les sectionneurs n’ont pas à interrompre de courants, cependant certains sectionneurs peuvent être amenés à couper des courants de transfert de barres (jusqu’à 1 600 A sous 10 à 300 V) et certains sectionneurs de terre doivent être capables de couper les courants induits qui peuvent circuler dans les lignes hors tension par couplage capacitif et inductif avec les lignes adjacentes sous tension (jusqu’à 160 A sous 20 kV). Interrupteurs Les interrupteurs sont des appareils destinés à établir et à interrompre un circuit dans des conditions normales de charge. Leurs performances sont cependant limitées car ils sont capables d'établir un courant de court-circuit mais ne peuvent en aucun cas l’interrompre. Certains interrupteurs sont prévus pour remplir également les fonctions de sectionneur. Contacteurs Contacteur moyenne tension 4/22 Les contacteurs ont un rôle comparable à celui des interrupteurs, mais ils sont capables de fonctionner avec des cadences très élevées. Ils possèdent une grande endurance électrique et une grande endurance mécanique. Les contacteurs sont utilisés pour manœuvrer fréquemment des équipements tels que fours, moteurs à haute tension. Ils ne peuvent pas être utilisés comme sectionneurs. On les rencontre en HTA uniquement. Coupe-circuits à fusibles Les fusibles permettent d’interrompre automatiquement un circuit parcouru par une surintensité pendant un intervalle de temps donné. L’interruption du courant est obtenue par la fusion d’un conducteur métallique calibré. Ils sont surtout utilisés pour la protection contre les courts-circuits dont ils limitent la valeur crête du courant de défaut. En régime triphasé, ils n’éliminent que les phases parcourues par un courant de défaut, ce qui peut présenter un danger pour le matériel et le personnel. Pour pallier cet inconvénient, les fusibles peuvent être associés à des interrupteurs ou à des contacteurs avec lesquels ils constituent des combinés capables d'assurer la protection en cas de surcharge du réseau ou de courts-circuits. On les rencontre en HTA uniquement. Disjoncteurs Disjoncteur 800 kV . Un disjoncteur à haute tension est destiné à établir, supporter et interrompre des courants sous sa tension assignée (la tension maximale du réseau électrique qu'il protège) à la fois : 5/22  dans des conditions normales de service, par exemple pour connecter ou déconnecter une ligne dans un réseau électrique ;  dans des conditions anormales spécifiées, en particulier pour éliminer un court-circuit. De par ses caractéristiques, un disjoncteur est l’appareil de protection essentiel d’un réseau à haute tension, car il est seul capable d'interrompre un courant de court-circuit et donc d'éviter que le matériel connecté sur le réseau soit endommagé par ce court-circuit. La norme internationale CEI 62271-100 définit les exigences relatives aux caractéristiques des disjoncteurs à haute tension. Dans leur configuration actuelle, les disjoncteurs peuvent être équipés d'appareils électroniques permettant à tout moment de connaître leur état (usure, pression de gaz pour la coupure, etc.) et éventuellement de détecter des défauts par des dérives de caractéristiques, ce qui permet à l’exploitant de programmer les opérations de maintenance et de prévenir les risques de défaillance. Pour la manœuvre des longues lignes, les disjoncteurs sont généralement équipés de résistances de fermeture pour la limitation des surtensions. Ils peuvent aussi être équipés de dispositifs de synchronisation à la fermeture et/ou à l’ouverture pour limiter les surtensions ou les courants d’appels à la manœuvre de lignes, de transformateurs à vide, de réactances shunt et batteries de condensateurs. Des appareils ont été conçus pour remplir les fonctions de disjoncteur et de sectionneur, ils sont appelés disjoncteur-sectionneurs. Leur usage est cependant limité. Classification par tension Selon la norme internationale CEI 62271 la haute tension est, pour les courants alternatifs, toute tension supérieure à 1 kV. Bien que les termes suivants ne soient pas normalisés, ils sont utilisés dans le langage courant :  la moyenne tension pour les tensions supérieures à 1 kV et inférieures ou égales uploads/Ingenierie_Lourd/ appareillage-electrique-a-haute-tension.pdf