Etude de la possibilité de passage de la pleine isolation à
l’isolation réduite des transformateurs et autotransformateurs de puissance à
la STEG
1. Introduction :
L’étude consiste à étudier la possibilité de passage de la pleine
isolation à l’isolation réduite sur les transformateurs (TR) et autotransformateurs
(ATR) de la STEG et ce vu que le parc de la STEG dispose déjà de deux types
d’isolation. Cette étude permettra, dans le cas de l’adoption de ce passage, de
gagner 6 à 10% sur les coûts des TR et
ATR à installer au futur. Cette étude se base sur les normes CEI en vigueurs et
sur la norme de l’EDF N°HN00117.
Par définition, l’essai de ténu à
fréquence industrielle à pour but de vérifier la tenue de l'appareil dans le
cas où une surtension à fréquence industrielle (50 Hz) se produise sur le
réseau, par exemple à la suite d'une perte de charge ou arc de tension.
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Les valeurs normalisées des tensions de
choc de foudre et de ténue à fréquence industrielle sont classées dans le
tableau 2 (page 17) de la norme EN/CEI 60076-3 édition 2013 (niveau
d’isolement, essais diélectriques et distances d’isolement dans l’air). Dans ce
tableau en remarque que la tension de choc de foudre est étroitement liée à la
tension de ténue à fréquence industrielle : exemple : pour le
245kV : Uchoc de foudre = 1050kV et Ufi=460kV. Si on
passe à une isolation réduite, la tension de choc de foudre passe de 1050kV à
950kV et la tension à fréquence industrielle passe aussi de 460kV à 395kV.
En réponse à la question de la STEG
concernant la différence entre la ténue à fréquence industrielle et la ténue
aux chocs des foudres, c’est vrai qu’il
y a une déférence entre les deux tensions, mais la réduction de la tension de
choc de foudre implique aussi la réduction de la tension à fréquence
industrielle et ce selon les valeurs normalisées de la norme EN/CEI 60076-3.
La réponse à la question de la STEG
concernant l’effet du choc de foudre sur le niveau de court-circuit. On peut
dire qu’il n’y a pas de relation entre les effets dues aux chocs des foudres et
à fréquence industrielle sur le choix du niveau de court-circuit. En effet, les
efforts électrodynamiques dans un transformateur sont mesurés par le niveau de
court-circuit dans le réseau d’énergie. Les efforts électrodynamiques sont
fonction du courant de court-circuit à
supporter par un transformateur sans dommage.
Note : Les courants de court-circuit des transformateurs et
autotransformateurs, adoptés par la STEG, ne seront pas changés dans le cas du
passage de la pleine isolation à l’isolation réduite, soit 31,5kA pour le 225kV,
25kA pour le 150kV et le 90kV. Ces valeurs n’ont pas d’influence sur la ténue
aux chocs des foudres.
2. Niveaux des tensions normalisées et
réduction de la tension d’isolement des transformateurs
Le tableau suivant illustre les niveaux de tension
normalisés.
Tableau 2
Ce même tableau figure aussi dans la
norme NF/ EN/CEI 60071-1 édition 2006 (Coordination d’isolement : niveaux
des tensions normalisées pour la gamme
I 1kV
Pour les transformateurs qui sont
immergés dans l’huile, la norme 60071 considère deux types d’isolation :
pleine isolation et isolation réduite. Par
exemple pour les transformateurs de tension assignée de 245kV, l’isolation réduite est de 950kV, la
pleine isolation est le 1050kV.
D’après le paragraphe 2.2.2.1
« caractéristiques de protection relatives aux surtensions à front
rapide » de la norme EN 60071-2(Guide d’application), la réduction de la
tension aux chocs des foudres dans un rapport de 1/1,15 est possible pour les
transformateurs immergés dans l’huile. Ci-après un extrait de cette norme:
Extrait:
Extrait:
D’autre référence comme stipulé dans
l’ouvrage « Power System Protection: Systems and Methods » édition de
l’Institution Of Engineering And Technology, qui traite aussi la possibilité de
réduction du niveau d’isolement de 20% et ce dans le cas de protection des
transformateurs par des parafoudres dans un réseau effectivement mis à la
terre.
Extrait :
Dans le cas de l’emploi du facteur de réduction
(1/1.15) de la tension, nous pouvons passer
de la tension de choc de foudre de 1050kV à 913kV, la valeur normalisée est de 950kV
et de 460kV à 400kV, la valeur normalisée est de 395kV.
Il est de même pour les transformateurs
dont la tension assignée est de 100kV et 170kV :
Tenant compte du développement
technologique et la réduction des coûts des parafoudres, la réduction de l’isolation des
transformateurs et l’emploi des parafoudres à la place des éclateurs ou en
complément à celle-ci, nous permet une protection sure des transformateurs
contre les chocs des foudres et les tensions appliquées à fréquence
industrielles et la réduction des coûts.
A
cet effet, cette solution permettra à la STEG de gagner de 6 à 10% des coûts des
transformateurs et autotransformateurs comme stipulée
dans la norme EDF N°HN00117.
3. Visite du poste de Oueslatia :
Dans le cadre d’une visite organisée dans
le cadre du 13ème plan pour le remplacement du poste 225kV de Oueslatia (voir photos ci-dessous), nous
avons remarqué que l’isolation des transformateurs et la bobine de réactance est
comme suit :
- TR1 : à pleine isolation (1050kV),
équipé des éclateurs,
- TR2 : à isolation réduite (825kV),
équipé des parafoudres,
- Bobine de réactance shunt : à
isolation réduite de 850kV, équipée des parafoudres.
En conclusion,
l’isolation réduite des transformateurs de puissance est déjà utilisée dans le
parc des transformateurs de la STEG depuis les années 1970. Avec le
développement de la technologie des parafoudres et la réduction de leurs coûts il
est possible de passer de la pleine isolation à l’isolation réduite sur les
transformateurs et autotransformateurs 90,
150, 225 et 400kV.
Par
ailleurs, le passage de la pleine isolation à l’isolation réduite n’apporte pas
des modifications profondes sur le réseau puisqu’il concerne uniquement les
transformateurs, les autotransformateurs de puissance et les bobines de
réactance, immergés dans l’huile. Ce changement ne concerne pas les autres
appareillages, tel que disjoncteurs, sectionneurs, TC, TP des postes blindés et
des postes classiques, qui y resteront à pleine isolation comme stipulé dans les
CCTP de la STEG et dans la norme EDF N°HN00117.
Photos du TR1, TR2
et la bobine de réactance du poste 225/33kV d’Oueslatia :
1. Transformateur TR1 Jeumont Schneider à plein isolation (1050kV)
équipé des éclateurs.
2. Transformateur TR2 de la CEM à isolation réduite (825kV) équipé
des parafoudres
3. Réactance shunt de 20MVAR du CANADIAN GENERAL ELECTRIC à
isolation réduite (850kV), équipé des parafoudres.
4. Statistiques:
4.1 Statistiques à la STEG : Une étude statistique
sur les coups des foudres enregistrées aux postes de la STEG, dont ci-après les
statistiques remises par les bases de
Jendouba et de Ghannouch.
a) Base de Jendouba :
Nous constatons que durant les cinq dernières années, un seul coup de foudre a
été signalé à proximité du TR2 au poste de Tabarka, sans effet destructif sur
le transformateur.
Poste
|
TR N°
|
Date
|
Cause
|
Cause probable
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
30/06/2013
|
Claquage boite à câble
|
Défaillance boite à câble
|
Tabarka
|
TR N°2
|
13/11/2013
|
Protection
masse-cuve
|
Amorçage
Foudre
|
Béja
|
TR N°1
|
29/01/2014
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
05/01/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tabarka
|
TR N°1
|
10/05/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
15/05/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Jendouba
|
TR N°1
|
03/08/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
18/08/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tabarka
|
TR N°1
|
25/10/2015
|
Protection
interne
|
Déclenchement
transfo
|
Tabarka
|
TR N°2
|
12/12/2015
|
Sourie
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
17/01/2016
|
MAX I
|
Déclenchement
transfo
|
Jendouba
|
TR N°2
|
27/03/2016
|
Protection
terre-JDB
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
24/04/2016
|
Protection
MAX I
|
Déclenchement
transfo
|
Tajerouine
|
TR N°1
|
05/06/2016
|
Protection
terre-JDB
|
Déclenchement
transfo
|
Remarques de la Base :
·
Tous les transformateurs et autotransformateurs sont
équipés par des éclateurs, sauf TR1 et TR2 au poste de Tajerouine qui sont sans
éclateurs.
b) Base de
Ghannouch :
Poste
|
TR N°
|
Date
|
Cause
|
Cause probable
|
Robbana
|
TR N°3
|
14/11/2015
|
Protection interne
|
Foudre
|
Ghannouch
|
TR du poste
Mobile
|
16/12/2016
|
Protection
interne
|
Foudre
|
Zarzis
|
TR N°2
|
12/01/2017
|
Protection
interne
|
Foudre
|
Ghannouch
|
TR N°3
|
02/10/2017
|
Protection
interne
|
Foudre
|
Nous constatons que cinq déclenchements
sont dus probablement aux chocs des
foudres.
4.2
Statistiques dans le Monde
a/ Statistiques selon le site
planetoscope.com:
Carte de la fréquence de la foudre dans le monde. Plus de 1,2 milliards d'éclairs se forment par an, principalement en zones équatoriale (La Tunisie est le pays le moins touché pour ce qui est du nombre d'impacts de foudre par km2, Le Rwanda est le pays le plus touché par les coup des foudres)1
Note : les photos ci-dessous donnent des statistiques sur le nombre des foudres /km² dans le monde, on constate que dans notre région le nombre des foudres est d’environ de 6 à 8 foudres/km²/an. Notre pays est le moins touché par les coups des foudres.
Bibliographie :
2.
Norme EDF N°HN00117.
3. Power
System Protection: Systems and Methods » édition
de l’Institution
Of Engineering And Technology
4.
EN/CEI 60076-3 édition 2013 (niveau d’isolement, essais
diélectriques et distances d’isolement dans l’air),
5.
norme EN 60071-2(Guide d’application),
