Surtension atmosphérique dans les réseaux électriques

Les augmentations soudaines de tension de courte durée à une valeur dangereuse pour l'isolation d'une installation électrique sont appelées surtension... De par leur origine, les surtensions sont de deux types : externe (atmosphérique) et interne (commutation).

Les surtensions atmosphériques proviennent de coups de foudre directs dans une installation électrique ou de coups de foudre dans son voisinage immédiat. Les surtensions atmosphériques représentent le plus grand danger pour une installation électrique, tout comme les chocs directs foudre ils peuvent atteindre 1 000 000 V, avec un courant de foudre jusqu'à 200 kA. Ils ne dépendent pas de la valeur de la tension nominale de l'installation électrique. Ils sont particulièrement dangereux pour les installations à basse tension, car dans ces installations les distances entre les parties actives et le niveau d'isolement sont plus faibles qu'en haute tension.

Les surtensions atmosphériques sont divisées en coups de foudre induits et directs. Le premier survient lors d'une décharge de foudre à proximité d'une installation électrique, par exemple un poste ou une ligne électrique.La surtension est générée par l'effet inductif d'un nuage orageux chargé à un potentiel très élevé (plusieurs millions de volts).

Dans le cas d'un coup de foudre direct, outre l'action électromagnétique provoquant une surtension, on observe également des dommages mécaniques, par exemple le fendage de poteaux en bois ou de traverses de lignes électriques aériennes.

Les surtensions induites sont de l'ordre de 100 kV, ce qui est nettement inférieur à la surtension provoquée par un coup de foudre direct. Ils se propagent le long des conducteurs des lignes aériennes après la décharge sous forme d'ondes évanescentes.

Un coup de foudre consiste dans la plupart des cas en une série d'impulsions individuelles qui se succèdent. La décharge entière dure des dixièmes de seconde et les impulsions individuelles ont des durées de dizaines de microsecondes chacune. Le nombre d'impulsions individuelles lors d'un coup de foudre peut être compris entre 1 et 40.

Protection des installations électriques contre les surtensions atmosphériques

On a noté plus haut que les surtensions atmosphériques peuvent atteindre plusieurs millions de volts. L'isolation des installations électriques ne peut pas supporter de tels niveaux de tension, elle a donc besoin d'une protection supplémentaire contre les dommages. Ces agents évitent d'endommager les équipements électriques et doivent être utilisés dans les installations électriques à la fois pour augmenter l'alimentation électrique ininterrompue des consommateurs et pour protéger les personnes et les animaux.

Une attention particulière doit être accordée à la protection contre les surtensions des lignes aériennes de 10 et 0,4 kV, ainsi que des sous-stations de consommation situées dans les zones rurales.

Les incendies peuvent être une conséquence grave des surtensions, notamment dues aux coups de foudre directs. Par conséquent, l'attention la plus sérieuse est accordée à l'organisation d'une protection correcte et fiable contre les surtensions atmosphériques (ou protection contre la foudre).

Le problème de la protection contre la foudre comprend des mesures pour protéger les éléments individuels des installations électriques contre les coups de foudre directs, l'isolation des machines et appareils électriques contre les dommages, contre les impulsions passant de la ligne des ondes de surtension. Ces mesures se résument à l'installation de dispositifs de protection et de dispositifs qui détournent une impulsion (onde) d'une surtension dans le sol avant que l'onde n'atteigne un élément critique de l'installation et ne le désactive.

Par conséquent, la partie principale de tous les dispositifs de protection sont les interrupteurs de mise à la terre. Ils doivent être remplis selon PUE et fournir une décharge fiable de la charge au sol.

Les parafoudres, parafoudres et pare-étincelles sont utilisés comme équipement de protection primaire contre les surtensions atmosphériques.

Les paratonnerres orientent la décharge atmosphérique vers eux-mêmes en l'éloignant des parties conductrices de courant de l'installation. Pour protéger les objets concentrés (par exemple, les sous-stations ou d'autres structures), des paratonnerres à tige sont utilisés et pour protéger les objets étendus (par exemple, les câbles de lignes aériennes), des paratonnerres à fil de contact sont utilisés. sont installés et des bougies.

Pour la protection contre la foudre des générateurs et des transformateurs des postes, un ensemble de moyens est prévu à la fois pour la protection contre les coups de foudre directs et les ondes de choc tombant de la ligne.

La protection contre les coups de foudre directs est assurée par des paratonnerres et des éclairs de contact aux abords de la ligne aérienne de la gare ou de la sous-station. Les générateurs sont protégés des ondes provenant de la ligne par des limiteurs qui limitent l'amplitude de l'onde à une valeur non dangereuse pour l'isolation d'une machine électrique.

Il n'est pas recommandé de connecter directement les gros générateurs aux lignes électriques sortantes. Pour les petites stations fournissant de l'électricité aux consommateurs à la tension du générateur, une telle connexion est possible avec l'installation supplémentaire de limiteurs spéciaux avec des caractéristiques améliorées pour le générateur.

Si les générateurs sont connectés directement aux transformateurs élévateurs, c'est-à-dire selon le schéma de principe générateur-transformateur, ils ne nécessitent pas de mesures de protection particulières contre les poly surtensions.

Les lignes aériennes avec une tension de 6 à 35 kV, réalisées sur des poteaux en bois, ne nécessitent pas de protection spéciale contre les surtensions. La résistance à la foudre de leur isolation est assurée par les propriétés isolantes du bois. Ici, il est seulement important de respecter les distances d'isolation minimales suivantes entre les fils (dans le bois) : 0,75 m pour les tensions 6-10, 1,5 m pour la tension 20 et 3 m pour la tension 35 kV.

Les sections individuelles des lignes aériennes dont l'isolation est affaiblie (par exemple, en utilisant des supports métalliques ou en béton armé, en reliant la ligne aérienne avec un câble, etc.) sont protégées par des parafoudres ou des éclateurs (à faibles courants) (voir — Contraintes de tuyauterie et Restricteurs de soupape). La résistance des dispositifs de mise à la terre de ces appareils ne doit pas dépasser 10 ohms.

Les limiteurs et les éclateurs sont installés sur les supports de deux lignes aériennes qui se croisent ou à l'intersection d'une ligne électrique aérienne avec une ligne de communication. La résistance des dispositifs de mise à la terre ici ne doit pas dépasser 15 ohms. Les pentes de mise à la terre des supports doivent avoir une liaison boulonnée et leur section doit être d'au moins 25 mm2.

Afin de rétablir l'alimentation au-dessus de la ligne aérienne après des défauts de foudre transitoires rapides, des dispositifs de réenclenchement automatique (refermeture automatique) des lignes sont utilisés. Avec le bon fonctionnement des réenclencheurs automatiques en tant que dispositif de protection contre la foudre, les utilisateurs ne ressentiront pas d'interruption de courant qui ne dépassera pas 0,2 s et leur fonctionnement normal ne sera pas perturbé.

Les presse-étoupes sont protégés aux deux extrémités par des butées.

La protection des réseaux de consommation avec une tension de 0,38 / 0,22 kV est effectuée avec une attention particulière. Ces réseaux sont généralement aériens et leur conception est plus sensible aux surtensions atmosphériques car ils s'élèvent au-dessus de toutes les autres structures et traversent des zones ouvertes.

Les réseaux basse tension sont équipés de dispositifs de protection contre la foudre qui dévient les courants de décharge impulsionnels vers la terre. Cela vous permet de protéger les personnes et les animaux, d'éviter les incendies causés par la foudre et leur pénétration dans les fils électriques internes.

Dans les réseaux basse tension, des connexions à la mise à la terre de la protection contre la foudre sont prévues pour les crochets ou les broches des isolateurs de tous les conducteurs de phase et du conducteur neutre.

La mise à la terre est également assurée sur des supports munis de prises filaires aux habitations ou directement aux entrées des bâtiments. La résistance du dispositif de mise à la terre de protection ne doit pas dépasser 30 ohms.

Dans les postes consommateurs 10 / 0,4 kV, les enroulements basse tension connectés aux lignes aériennes doivent être protégés par des parafoudres. Ils sont installés le plus près possible du transformateur et sont reliés au circuit de masse commun des sous-stations. Lorsque la puissance du transformateur est de 630 kVA et plus, deux mises à la terre de protection supplémentaires sont réalisées le long des lignes qui en découlent - à 50 et 100 m de la sous-station avec la valeur de résistance spécifiée.