Lignes et postes - Choix et coordination des isolements

Le mot coordination désigne des actions dont l’objectif est d’harmoniser deux ou plusieurs choses. C’est un concept tout à fait commun que l’on rencontre fréquemment dans la vie courante. Dans le monde technique, il recouvre généralement l’harmonisation d’une contrainte et d’une capacité de résistance à cette contrainte. De façon encore plus spécifique, à la conception d’une réseau électrique, il est nécessaire de sélectionner des matériels afin qu’ils résistent aux différentes contraintes auxquelles ils sont soumis sur ce réseau. Réciproquement, si le matériel existe et, par conséquent, si le niveau de tenue est défini, alors on peut aussi songer à limiter les contraintes à des valeurs inférieures à ce niveau. La coordination peut donc être obtenue soit en augmentant la tenue, soit en diminuant la contrainte. Comme toujours en technique, il y a un compromis à trouver entre, d’une part, l’aspect confort d’utilisation qui demande que la tenue à la contrainte soit bien supérieure à cette contrainte et, d’autre part, le point de vue économique qui requiert, pour minimiser le coût des équipements, de réduire au strict nécessaire la tenue à la contrainte.

La coordination de l’isolement d’un réseau électrique s’intéresse, pour sa part, aux contraintes de tension et à leurs pendants, les tenues diélectriques des matériels, tenues qui caractérisent la capacité d’une isolation à supporter certains niveaux de tension sans rupture diélectrique, c’est‐à‐dire sans amorcer. La coordination de l’isolement consiste donc à ajuster les tenues diélectriques en service des équipements (lignes, postes, transformateurs, alternateurs) aux niveaux des surtensions susceptibles d’apparaître sur ces équipements durant leur exploitation, de telle sorte que la probabilité de court-circuit due à la défaillance d’une isolation donnée soit acceptable tant du point de vue opérationnel qu’économique. Cet ajustement est obtenu soit en diminuant les contraintes, soit en augmentant les tenues diélectriques, soit, enfin, en agissant simultanément sur ces deux paramètres. Une des difficultés essentielles du processus de coordination de l’isolement réside dans le fait que tant les contraintes de tension appliquées aux matériels que les tenues diélectriques de ces matériels sont de nature probabiliste ; cette double incertitude rend délicat l’ajustement des tenues diélectriques à spécifier par rapport aux contraintes.

En chaque point d’un réseau, la coordination des isolements consiste donc à déterminer l’isolement optimal en tenant compte des conséquences d’une avarie ou d’une interruption de service. Dans cette optique, on peut envisager une gradation de l’isolement, c’est‐à‐dire de l’aptitude des isolations à supporter les contraintes électriques. Par exemple, le risque de défaillance doit être pratiquement nul pour les isolations dont la défaillance empêche l’utilisation pendant plusieurs jours d’une tranche nucléaire (isolation de ses transformateurs) et très faible pour l’isolation d’un jeu de barres d’un poste, où les conséquences d’un amorçage sont graves ; par contre, un risque d’amorçage plus élevé peut être toléré sur une ligne d’un réseau fortement maillé, puisque le temps pendant lequel la ligne doit être mise hors tension pour qu’elle recouvre sa tenue diélectrique initiale n’est que de quelques centaines de millisecondes. Un facteur essentiel pour définir le risque de défaillance acceptable d’un équipement (et donc son prix) est la qualité du service exigée par les clients.

Cependant, il existe certaines contraintes électriques auxquelles aucune isolation économiquement réalisable ne résisterait : c’est le cas notamment des surtensions dues à la foudre sur les réseaux BT ou MT, voire même HT et THT. On accepte alors les amorçages inévitables en des points où ils peuvent se produire sans dommage durable et l’on protège les autres points en équipant le réseau d’appareils de protection tels qu’éclateurs ou parafoudres ; le rôle de ces appareils est de limiter les surtensions qui parviennent à leurs bornes en écoulant à la terre un maximum de l’énergie injectée dans le réseau par la contrainte.

Un choix rationnel des isolements impose donc à la fois la connaissance des diverses contraintes électriques apparaissant dans un réseau, la connaissance de la réponse des isolations à ces contraintes, celle des caractéristiques de l’appareillage de protection et enfin celle des concepts et des méthodologies utilisés pour la mise en œuvre pratique de la coordination de l’isolement. Ce dernier aspect est plus particulièrement important pour qu’un dialogue clair et fructueux puisse s’établir entre le spécificateur qui définit les contraintes et les moyens de protection et le constructeur qui, in fine, dimensionne les isolations des matériels. Ces quatre points sont explicités dans les paragraphes suivants.