Etude de la possibilité de passage de la pleine isolation à l’isolation réduite des transformateurs et autotransformateurs de puissance à la STEG

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.

Par contre, l’essai de ténu au choc de foudre permet de démontrer qu'un appareil électrique résiste à la chute de la foudre dans ça proximité.

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 : U_choc de foudre = 1050kV et U_fi=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:

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 13^ème 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:

b/ Statistiques Selon le site web Wikipedia :

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 :

1.      Carte de distribution des foudres selon le site web notre-planete.info (wikipedia)

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),