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La plupart des défauts de distribution aérienne disparaissent en quelques millisecondes. Une branche d'arbre effleure un conducteur, la foudre provoque un embrasement, la faune fait un pont entre deux phases, puis le défaut s'efface de lui-même. Un réenclencheur correctement configuré distingue ces événements temporaires des défauts permanents, rétablissant automatiquement le courant alors que les clients s'en aperçoivent à peine. Si vous vous trompez dans les réglages, vous serez confronté à deux modes de défaillance : des déclenchements intempestifs qui frustrent les clients et font perdre du temps à l'équipe, ou un effacement dangereusement lent qui endommage les conducteurs et met des lignes entières hors service.
Ce guide couvre les trois piliers que tout ingénieur en protection doit comprendre : les courbes temps-courant, les séquences de réenclenchement et la coordination des dispositifs. Que vous configuriez votre premier réenclencheur ou que vous vérifiiez un système de protection existant, ces principes fondamentaux s'appliquent à toutes les plates-formes des fabricants et à toutes les classes de tension.
Les courbes caractéristiques temps-courant (TCC) sont à la base de tous les réglages des réenclencheurs. Une courbe TCC trace l'amplitude du courant de défaut (axe horizontal, en ampères) en fonction du temps de fonctionnement (axe vertical, en secondes), répondant ainsi à une question essentielle : pour un courant de défaut donné, combien de temps le réenclencheur attendra-t-il avant de se déclencher ?
La relation suit une caractéristique inverse - des courants de défaut plus élevés produisent un fonctionnement plus rapide. Un défaut de 5 000 A peut être éliminé en 0,05 seconde, alors qu'un défaut de 600 A proche du seuil de déclenchement peut nécessiter 2,0 secondes ou plus. Ce comportement inverse correspond aux caractéristiques de dommages thermiques de l'équipement protégé : les défauts graves exigent une réponse immédiate, tandis que les surintensités de faible amplitude laissent du temps pour la coordination avec les dispositifs en aval.
Familles de courbes et critères de sélection
Les familles de courbes standard suivent les expressions mathématiques définies par l'IEEE C37.112 et l'IEC 60255-151 :
| Type de courbe | Caractéristique | Meilleure application |
|---|---|---|
| Standard Inverse (SI) | Pente modérée, réduction progressive du temps | Protection générale de l'alimentation |
| Très Inverse (VI) | Pente plus raide, meilleure discrimination du courant | Systèmes à forte variation de courant de défaut |
| Extrêmement Inverse (EI) | Pente la plus raide, réponse rapide aux courants forts | Coordination des fusibles, protection des transformateurs |
L'équation générale du temps inverse est la suivante : t = TMS × k ÷ ((I/Ip)α - 1), où t représente le temps de fonctionnement en secondes, TMS est le réglage du multiplicateur de temps (typiquement 0,05-1,0), I est le courant de défaut, Ip est le courant de prélèvement, et α détermine la pente de la courbe.
Les courbes extrêmement inverses réagissent environ 8 à 10 fois plus vite lorsque le courant double de 2× à 4× la prise, contre seulement 3 à 4 fois plus vite pour les courbes inverses standard. Cette pente raide correspond étroitement aux caractéristiques de fusion des fusibles, ce qui rend les courbes EI idéales pour les schémas de coordination permettant d'économiser les fusibles.
Réglages du courant de prélèvement et du multiplicateur de temps
Deux paramètres déterminent chaque application de la courbe. Le courant d'appel établit le seuil au-dessus duquel la courbe s'active - généralement fixé à 1,5-2× le courant de charge maximal pour éviter les déclenchements lors de l'appel de charge à froid ou de l'appel de transformateur. Le réglage du multiplicateur de temps (TMS) déplace toute la courbe verticalement, les valeurs les plus élevées produisant un fonctionnement plus lent à n'importe quel courant donné.
Lors de la mise en service de 78 installations de réenclencheurs sur des lignes d'alimentation agricoles, nous avons constaté que des courbes très inverses permettaient une coordination optimale avec les fusibles en aval de 40 à 200 A. La pente modérée de la courbe permettait aux réenclencheurs de fonctionner plus rapidement que les fusibles lors de défauts de grande ampleur tout en restant plus lents lors d'événements de moindre importance.
[Regard d'expert : la sélection des courbes dans la pratique]
Les séquences de réenclenchement déterminent le nombre de fois qu'un réenclencheur tente une restauration automatique avant de se bloquer. Les données de terrain montrent régulièrement que 70-90% des défauts aériens sont temporaires - des séquences correctement programmées éliminent ces événements sans provoquer de pannes prolongées.
Anatomie et notation des séquences
La notation standard décrit les opérations avant le verrouillage. Une séquence “1F-2S” signifie une opération rapide suivie de deux opérations lentes, puis d'un verrouillage si le défaut persiste. La distinction est importante : les opérations rapides utilisent des courbes d'effacement rapide pour vérifier si les défauts s'effacent d'eux-mêmes, tandis que les opérations lentes utilisent des courbes retardées qui se coordonnent avec les fusibles en aval.
| Séquence | Opérations | Application typique |
|---|---|---|
| 1F-2S | 1 rapide, 2 lent, verrouillage | Alimentations aériennes générales |
| 2F-2S | 2 rapides, 2 lents, verrouillage | Lignes rurales exposées à la foudre |
| 1F-1S | 1 rapide, 1 lent, verrouillage | Priorité à la qualité de l'électricité dans les réseaux urbains |
| 1 coup | Déplacement unique, verrouillage | Câble souterrain (défauts généralement permanents) |
Temps mort et déionisation de l'arc
L'intervalle entre le déclenchement et la réouverture, appelé temps mort ou intervalle de réouverture, a une incidence directe sur les taux de réussite. Les intervalles courts (0,3-0,5 secondes) permettent une restauration rapide mais peuvent ne pas permettre une déionisation complète de l'arc. Des intervalles plus longs (15-30 secondes) améliorent la probabilité d'élimination des défauts temporaires persistants.
Dans les régions d'Asie du Sud-Est exposées à la foudre, l'allongement de l'intervalle entre les premières fermetures de 0,5 seconde à 2 secondes a permis de réduire les verrouillages inutiles de 25-30%. Le plasma de l'arc a besoin de temps pour se dissiper avant que la rigidité diélectrique ne se rétablisse suffisamment pour permettre une remise sous tension réussie.
Éléments instantanés dans la conception des séquences
Les contrôleurs de réenclencheurs modernes permettent d'activer ou de désactiver les éléments de déclenchement instantané indépendamment pour chaque essai. Une configuration courante active la protection instantanée uniquement lors des deux premières opérations, puis la désactive pour les tentatives suivantes. Cette approche combine un effacement rapide pour les défauts proches et une coordination temporisée pour les événements persistants sur les prises latérales.
Selon la norme IEEE C37.60, les éléments instantanés fonctionnent généralement dans les 30 à 50 millisecondes lorsque le courant de défaut dépasse 4 à 12 fois le seuil de déclenchement minimum. Pour un réenclencheur avec un déclenchement minimum de 200 A, un déclenchement instantané entre 800 A et 2 400 A permet d'équilibrer la sensibilité et les exigences de coordination.
La coordination permet d'organiser les dispositifs de protection de manière à ce que seule l'unité la plus proche du défaut fonctionne, ce qui réduit le nombre de clients touchés. Une mauvaise coordination crée deux modes de défaillance : les dispositifs en amont se déclenchent en premier (coupant des lignes entières en cas de défauts latéraux), ou plusieurs dispositifs fonctionnent simultanément (prolongeant la durée de la panne et compliquant la remise en état).
Exigences en matière d'intervalles de coordination
L'intervalle de temps de coordination (CTI) représente la marge minimale requise entre les courbes des dispositifs. La norme IEEE C37.230 recommande 0,2 à 0,3 seconde pour les dispositifs électromécaniques, en tenant compte du temps d'interruption des disjoncteurs (50 à 80 ms pour les unités modernes à vide), de la surcourse des relais et des tolérances de synchronisation.
Pour assurer cette coordination, il faut analyser l'intensité du courant de défaut à plusieurs endroits. Pour une ligne d'alimentation typique de 15 kV, le courant de défaut peut varier de 8 000 A près de la sous-station à 1 200 A aux extrémités éloignées de la ligne. Le TCC de chaque appareil doit maintenir la marge CTI requise sur l'ensemble de cette plage - les courbes qui se croisent n'importe où dans la zone de fonctionnement indiquent un échec de la coordination.
Philosophie de l'économie de fusibles ou du dégagement de fusibles
Deux philosophies concurrentes régissent la coordination entre le réenclencheur et le fusible :
| Philosophie | Fonctionnement | Avantage | Inconvénient |
|---|---|---|---|
| Économie de fusibles | La courbe rapide du réenclencheur se déclenche avant que le fusible ne fonde. | Préserve les fusibles en cas de défaillance temporaire, réduit les déplacements des camions | Une panne momentanée affecte l'ensemble de la ligne d'alimentation |
| Déclenchement des fusibles | Le fusible saute en premier, le réenclencheur sert de secours | Limite l'interruption à l'embranchement défaillant uniquement | Coût de remplacement des fusibles plus élevé |
De nombreuses compagnies d'électricité nord-américaines se sont tournées vers des systèmes de protection par fusibles en raison de la sensibilité des clients aux interruptions momentanées. Les mesures de la qualité de l'énergie telles que le MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index) orientent de plus en plus les décisions relatives à la philosophie de protection.
Coordination des sectionnalisateurs
Les sectionneurs n'ont pas de pouvoir d'interruption - ils comptent les opérations du réenclencheur en amont et s'ouvrent pendant le temps mort pour isoler les sections défectueuses. Les réglages comprennent le nombre de coups (généralement 1 à 3 opérations avant l'ouverture) et le temps de réarmement (30 à 90 secondes). Cette coordination basée sur le comptage exige que le réenclencheur en amont termine sa séquence complète ; les sectionneurs ne peuvent pas fonctionner avec des dispositifs en amont qui ne se referment pas.
Réglages de la mise à la terre
Le capteur de défaut de terre séparé - typiquement 50-70% du capteur de phase - détecte les défauts déséquilibrés, y compris les événements à haute impédance provenant de conducteurs tombés au sol. Les éléments de mise à la terre utilisent des délais plus longs que les réglages de phase pour empêcher le fonctionnement en cas de déséquilibre naturel du système. La protection sensible contre les défauts à la terre peut détecter des courants inférieurs à 100 A, bien que la coordination avec les dispositifs en aval devienne de plus en plus difficile à ces niveaux.
[Regard d'expert : Meilleures pratiques en matière d'études de coordination]
La transposition des principes de coordination dans des situations réelles nécessite une analyse systématique. Le processus suivant s'applique à la plupart des applications de distribution, bien que les philosophies de protection spécifiques aux services publics puissent modifier certaines étapes.
Exemple : ligne de distribution aérienne de 12,47 kV
| Étape | Action | Exemple de valeur | Justification |
|---|---|---|---|
| 1 | Obtenir le courant de défaut maximal à partir d'une étude de court-circuit | 8,200 A | Détermine la plage de fonctionnement de la courbe |
| 2 | Déterminer le courant de charge maximal | 280 A | Demande de pointe de la ligne d'alimentation |
| 3 | Régler la prise de phase à 1,5-2× la charge | 560 A | Évite les trajets de ramassage de charges froides |
| 4 | Sélectionner une courbe rapide | EI, TMS = 0,05 | Dégagement rapide en cas de courants de défaut élevés |
| 5 | Sélectionner la courbe lente | VI, TMS = 0,25 | Coordonne avec les fusibles 65K en aval |
| 6 | Définir la séquence de fermeture | 1F-2S-Lockout | Norme pour les alimentations aériennes |
| 7 | Définir les intervalles de fermeture | 2 s / 25 s | Permet la désionisation de l'arc |
| 8 | Régler la prise en charge du défaut de mise à la terre | 200 A (~70% de phase) | Détection sensible du sol |
| 9 | Tracer le TCC et vérifier les marges | ≥0,3 s CTI | Confirme la coordination dans la gamme des fautes |
Lors de la spécification des disjoncteurs de sous-station en amont, il convient de comprendre Caractéristiques nominales des disjoncteurs à vide assure une sélection correcte du pouvoir de coupure. Le disjoncteur de la sous-station doit gérer le courant de défaut maximal disponible tout en se coordonnant avec tous les réenclencheurs en aval.
Temps d'attente (temps de réinitialisation) Configuration
Le paramètre de temps d'attente - souvent appelé “W” ou “temps de récupération” - détermine la durée pendant laquelle le réenclencheur doit rester fermé avant que le compteur de séquences ne se réinitialise. Les fusibles standard en alliage d'étain ont besoin de 10 à 30 secondes pour dissiper la chaleur après avoir transporté le courant de défaut à une capacité de 200%. Si le temps d'attente est inférieur à ce seuil de refroidissement, les événements successifs risquent de provoquer des dommages thermiques cumulatifs.
La norme IEEE C37.60-2019 spécifie des plages de temps d'attente allant de 0,5 à 180 secondes, la plupart des applications de distribution nécessitant 15 à 45 secondes pour une bonne coordination des fusibles.
L'expérience sur le terrain de plus de 200 installations de réenclencheurs révèle des schémas d'erreurs constants. Reconnaître ces erreurs avant la mise en service permet d'éviter les défaillances de coordination et les dommages aux équipements.
| Erreur | Conséquence | La prévention |
|---|---|---|
| Pickup réglé trop bas | Déclenche en cas d'appel de courant du transformateur (6 à 10 fois la valeur nominale), en cas de charge à froid. | Régler le pick-up à >1,5× la charge maximale ; vérifier par rapport aux calculs de l'appel de courant. |
| Courbe rapide trop lente | Le fusible fond avant le réenclencheur - le système d'économie de fusibles est annulé | Tracer le TCC ; confirmer que la courbe rapide disparaît ≥0,1 s avant la fusion minimale du fusible. |
| Intervalle de refermeture trop court | Arc non déionisé, réenclenchement immédiat en cas de défaut temporaire | Minimum 0,3 s pour les interrupteurs à vide ; 1-2 s pour les lignes aériennes |
| Les réglages du sol sont ignorés | Défauts à haute impédance (conducteur tombé) non détectés | Prise de terre sensible au réglage avec un délai prolongé |
| Pas d'étude de coordination | Mauvais fonctionnement de la protection, conditions de course de l'appareil | Tracer tous les dispositifs sur le TCC unifié avant de les mettre sous tension. |
| Temps d'attente trop court | Dommages cumulatifs des fusibles dus à des défaillances répétées | Fixer un minimum de ≥15 secondes pour la coordination des fusibles |
Pour les applications de distribution en extérieur nécessitant une protection montée sur poteau avec des réglages configurables, le modèle Disjoncteur à vide extérieur ZW32 prend en charge de multiples familles de courbes et configurations de séquences grâce à des commandes à microprocesseur intégrées.
Les performances de protection dépendent en fin de compte de la qualité du matériel. L'intégrité de l'interrupteur à vide détermine la fiabilité de l'interruption, la précision de l'électronique de commande régit la précision de la prise et de la synchronisation, et la capacité de communication permet d'ajuster les réglages à distance et de récupérer les données sur les défauts.
Les réenclencheurs modernes s'intègrent aux systèmes SCADA à l'aide des protocoles DNP3 ou IEC 61850, ce qui permet de modifier les courbes à distance et de localiser les défauts de manière automatisée. Cette connectivité élimine les déplacements de camions pour les réglages de routine, tout en fournissant des données de défaut en temps réel pour la vérification de la coordination.
Le choix d'équipements provenant de fabricants possédant une expertise en ingénierie de protection garantit un soutien à l'application, de la spécification à la mise en service. XBRELE fournit de l'appareillage de commutation à interrupteur à vide avec des réglages de protection configurables en usine et un soutien à l'analyse de coordination pour les services publics et les clients industriels. Contactez notre équipe d'ingénieurs pour obtenir une aide à la candidature.
Quelle est la différence entre un réenclencheur et un disjoncteur standard ?
Un réenclencheur vérifie automatiquement si les défauts ont été éliminés en se réenclenchant après le déclenchement, alors que les disjoncteurs standard restent ouverts jusqu'à ce qu'ils soient réenclenchés manuellement ou commandés à distance. Les réenclencheurs exécutent généralement 2 à 4 opérations avant de se verrouiller, ce qui les rend adaptés aux lignes aériennes où 70-90% des défauts sont temporaires.
Comment déterminer le réglage correct du courant de la tête de lecture ?
Régler le captage de phase à 1,5-2× le courant de charge maximal prévu pour éviter les déclenchements pendant le captage de charge à froid ou le démarrage du moteur. Pour un départ avec une demande de pointe de 300 A, un captage entre 450 et 600 A offre une marge adéquate tout en maintenant la sensibilité aux défauts.
Pourquoi un réenclencheur se bloquerait-il sur ce qui semble être un défaut temporaire ?
Les causes les plus courantes sont des intervalles de réenclenchement trop courts pour permettre une déionisation complète de l'arc, des paramètres de captage trop sensibles pour les conditions d'appel, ou la persistance du défaut plus longtemps que prévu. Examinez l'ampleur du courant de défaut à partir des enregistrements d'événements pour déterminer si le défaut a dépassé les caractéristiques temporaires de l'événement.
Quelle marge de coordination dois-je maintenir entre les dispositifs ?
La norme IEEE C37.230 recommande un intervalle de coordination minimal de 0,2 à 0,3 seconde entre les dispositifs de protection adjacents. Cette marge tient compte du temps d'interruption des disjoncteurs, des tolérances de synchronisation des relais et de l'incertitude des mesures. Vérifier les marges aux niveaux de courant de défaut maximum et minimum.
Les réglages du réenclencheur peuvent-ils être modifiés sans accès physique à l'unité ?
Oui, les réenclencheurs modernes à microprocesseur permettent de modifier les réglages à distance via SCADA ou des protocoles de communication spécifiques. La possibilité de modifier les paramètres à distance nécessite des mesures de cybersécurité et des procédures de gestion des changements appropriées afin d'éviter les modifications non autorisées.
Comment l'altitude affecte-t-elle les réglages du réenclencheur ?
L'altitude supérieure à 1 000 mètres réduit la densité de l'air et la rigidité diélectrique, ce qui peut nécessiter un déclassement de la capacité d'interruption. Les réglages eux-mêmes restent inchangés, mais la capacité physique du réenclencheur à interrompre le courant de défaut diminue d'environ 1% par 100 mètres au-dessus de 1 000 mètres selon la norme IEEE C37.60.
Quand dois-je utiliser la coordination pour le sauvetage des fusibles plutôt que pour le dégagement des fusibles ?
L'économie de fusibles réduit les coûts de maintenance en préservant les fusibles pendant les défauts temporaires, mais provoque des interruptions momentanées sur l'ensemble de l'artère. L'effacement des fusibles limite les interruptions à l'embranchement défaillant mais augmente la fréquence de remplacement des fusibles. Le choix dépend des priorités de la compagnie d'électricité en matière de qualité de l'énergie et de la sensibilité du client aux événements momentanés.
