Introduction aux défauts électriques

Les réseaux électriques, les machines et les équipements sont souvent soumis à divers types de défauts pendant leur fonctionnement. Lorsqu’un défaut se produit, les valeurs caractéristiques (telles que l’impédance) des machines peuvent passer des valeurs existantes à des valeurs différentes jusqu’à ce que le défaut soit éliminé.

Il peut y avoir beaucoup de probabilités d’apparition de défauts dans le réseau du système électrique, notamment l’éclairage, le vent, la chute d’un arbre sur les lignes, la défaillance d’un appareil, etc.

Défauts électriques

Un défaut dans un système d’énergie électrique peut être défini comme , toute condition anormale du système qui implique la défaillance électrique de l’équipement, comme , les transformateurs, les générateurs, les barres omnibus, etc.

Le début du défaut implique également dans les défaillances de l’isolation et les défaillances du chemin conducteur qui entraîne un court-circuit et un circuit ouvert des conducteurs.

Dans des conditions de fonctionnement normales ou sûres, les équipements électriques dans un réseau de système électrique fonctionnent à des tensions et des courants nominaux normaux. Dès que le défaut a lieu dans un circuit ou un dispositif, les valeurs de tension et de courant s’écartent de leurs plages nominales.

Les défauts dans le réseau électrique provoquent des surintensités, des sous-tensions, des déséquilibres des phases, des inversions de puissance et des surtensions. Il en résulte l’interruption du fonctionnement normal du réseau, la défaillance des équipements, les incendies électriques, etc.

En général, les réseaux de systèmes électriques sont protégés par des équipements de protection de l’appareillage tels que les disjoncteurs et les relais afin de limiter la perte de service due aux défaillances électriques.

Types de défauts

Les défauts électriques dans le système électrique triphasé sont principalement classés en deux types, à savoir les défauts de circuit ouvert et de court-circuit. En outre, ces défauts peuvent être des défauts symétriques ou non symétriques. Discutons de ces défauts en détail.

Fautes de circuit ouvert

Ces défauts se produisent en raison de la défaillance d’un ou de plusieurs conducteurs. La figure ci-dessous illustre les défauts de circuit ouvert pour une, deux et trois phases (ou conducteurs) en condition d’ouverture.

Les causes les plus courantes de ces défauts incluent les défaillances conjointes des câbles et des lignes aériennes, et la défaillance d’une ou plusieurs phases du disjoncteur et également en raison de la fusion d’un fusible ou d’un conducteur dans une ou plusieurs phases.

Les défauts de circuit ouvert sont également appelés défauts en série. Ce sont des types de défauts non symétriques ou déséquilibrés, à l’exception du défaut ouvert triphasé.

Pensez qu’une ligne de transmission fonctionne avec une charge équilibrée avant l’apparition d’un défaut de circuit ouvert. Si l’une des phases est fondue, la charge réelle de l’alternateur est réduite et cela provoque l’augmentation de l’accélération de l’alternateur, ainsi il fonctionne à une vitesse légèrement supérieure à la vitesse synchrone. Cette vitesse excessive provoque des surtensions dans les autres lignes de transmission.

Ainsi, les conditions d’ouverture d’une et de deux phases peuvent produire le déséquilibre des tensions et des courants du système électrique qui cause de grands dommages aux équipements.

Causes

Conducteur cassé et mauvais fonctionnement du disjoncteur dans une ou plusieurs phases.

Effets

• Fonctionnement anormal du système
• Danger pour le personnel ainsi que pour les animaux
• Dépassement des tensions au-delà des valeurs normales dans certaines parties du réseau, ce qui entraîne en outre des défaillances d’isolation et le développement de défauts de court-circuit.

Bien que les défauts de circuit ouvert puissent être tolérés pendant des périodes plus longues que les défauts de court-circuit, ceux-ci doivent être éliminés le plus tôt possible pour réduire les dommages plus importants.

Défauts de court-circuit

Un court-circuit peut être défini comme une connexion anormale de très faible impédance entre deux points de potentiel différent, qu’elle soit faite intentionnellement ou accidentellement.

Ce sont les types de défauts les plus courants et les plus graves, entraînant la circulation de courants anormalement élevés dans les équipements ou les lignes de transmission. Si l’on permet à ces défauts de persister, même pour une courte période, cela conduit à l’endommagement important de l’équipement.

Les défauts de court-circuit sont également appelés défauts de shunt. Ces défauts sont causés en raison de la défaillance de l’isolation entre les conducteurs de phase ou entre la terre et les conducteurs de phase ou les deux.

Les différentes conditions possibles de défaut de court-circuit comprennent trois phases à la terre, trois phases dégagées de la terre, phase à phase, phase unique à la terre, deux phases à la terre et phase à phase plus phase unique à la terre comme le montre la figure.

Le défaut triphasé dégagé de la terre et le défaut triphasé à la terre sont des défauts de court-circuit équilibrés ou symétriques tandis que les autres défauts restants sont des défauts non symétriques.

Causes

Elles peuvent être dues à des effets internes ou externes

• Les effets internes comprennent la panne des lignes de transmission ou des équipements, le vieillissement de l’isolation, la détérioration de l’isolation dans le générateur, le transformateur et d’autres équipements électriques, les installations inappropriées et la conception inadéquate.
• Les effets externes comprennent la surcharge des équipements, la défaillance de l’isolation due aux surtensions d’éclairage et les dommages mécaniques par le public.

Effets

• Les défauts d’arc peuvent entraîner des incendies et des explosions dans les équipements tels que les transformateurs et les disjoncteurs.
• Les courants anormaux provoquent une surchauffe des équipements, ce qui entraîne en outre une réduction de la durée de vie de leur isolation.
• Les tensions de fonctionnement du système peuvent descendre en dessous ou dépasser leurs valeurs d’acceptation, ce qui crée un effet néfaste sur le service rendu par le système électrique.
• Le flux d’énergie est sévèrement restreint ou même complètement bloqué tant que le défaut de court-circuit persiste.

Défauts symétriques et asymétriques

Comme discuté ci-dessus que les défauts sont principalement classés en défauts de circuit ouvert et court-circuit et encore une fois ceux-ci peuvent être des défauts symétriques ou asymétriques.

Défauts symétriques

Un défaut symétrique donne lieu à des courants de défaut symétriques qui sont déplacés les uns par rapport aux autres 1200. Le défaut symétrique est également appelé défaut équilibré. Ce défaut se produit lorsque les trois phases sont simultanément court-circuitées.

Ces défauts se produisent rarement dans la pratique par rapport aux défauts non symétriques. Deux types de défauts symétriques comprennent ligne à ligne à ligne (L-L-L) et ligne à ligne à ligne à la terre (L-L-L-G) comme le montre la figure ci-dessous.

Une occurrence approximative des défauts symétriques est de l’ordre de 2 à 5% du total des défauts du système. Cependant, si ces défauts se produisent, ils causent un dommage très sévère aux équipements même si le système reste dans un état équilibré.

L’analyse de ces défauts est nécessaire pour sélectionner la capacité de rupture des disjoncteurs, choisir les relais de mise en phase et autres appareillages de protection. Ces défauts sont analysés par phase en utilisant la matrice d’impédance des bus ou le théorème de Thevenins.

Les défauts non symétriques

Les défauts les plus courants qui se produisent dans le réseau du système électrique sont les défauts non symétriques. Ce type de défaut donne lieu à des courants de défaut non symétriques (ayant des amplitudes différentes avec un déphasage inégal). Ces défauts sont également appelés défauts déséquilibrés car ils provoquent des courants déséquilibrés dans le système.

Dans la discussion ci-dessus, les défauts dissymétriques comprennent à la fois les défauts de circuit ouvert (condition ouverte monophasée et biphasée) et les défauts de court-circuit (à l’exclusion de L-L-L-G et L-L-L).

La figure ci-dessous montre les trois types de défauts symétriques survenus en raison des conditions de court-circuit, à savoir le défaut phase ou ligne à la terre (L-G), le défaut phase à phase (L-L) et le défaut double ligne à la terre (L-L-G).

Un défaut simple ligne à la terre (LG) est l’un des défauts les plus courants et les expériences montrent que 70 à 80% des défauts qui se produisent dans le système électrique sont de ce type. Ce défaut forme un court-circuit entre la ligne et la terre. Ce sont des défauts très moins graves par rapport aux autres défauts.

Un défaut ligne à ligne se produit lorsqu’un conducteur sous tension entre en contact avec un autre conducteur sous tension. Les vents forts sont la cause principale de ce défaut pendant lequel le balancement des conducteurs aériens peut se toucher. Ce sont des défauts moins graves et sa gamme d’occurrence peut être entre 15-20%.

Dans les défauts double ligne à terre, deux lignes entrent en contact l’une avec l’autre ainsi qu’avec la terre. Ce sont des défauts graves et l’occurrence de ces défauts est d’environ 10% par rapport aux défauts totaux du système.

Les défauts asymétriques sont analysés en utilisant des méthodes de composantes asymétriques afin de déterminer la tension et les courants dans toutes les parties du système. L’analyse de ces défauts est plus difficile par rapport aux défauts symétriques.

Cette analyse est nécessaire pour déterminer la taille d’un disjoncteur pour le plus grand courant de court-circuit. Le plus grand courant se produit généralement pour un défaut L-G ou L-L.

Dispositifs de protection contre les défauts

Lorsque le défaut se produit dans une partie quelconque du système, il doit être éliminé dans un délai très court afin d’éviter des dommages plus importants aux équipements et au personnel et aussi pour éviter l’interruption de l’alimentation des clients.

Le système d’élimination des défauts utilise divers dispositifs de protection tels que les relais et les disjoncteurs pour détecter et éliminer le défaut.
Certains de ces dispositifs d’élimination ou de limitation des défauts sont donnés ci-dessous.

Fusible

Il ouvre le circuit dès qu’un défaut existe dans le système. Il est constitué d’un mince fil de cuivre enfermé dans un verre ou un boîtier avec deux contacts métalliques. Le courant de défaut élevé augmente la température du fil et le fait fondre. Un fusible nécessite le remplacement manuel du fil à chaque fois qu’il fond.

Fusible

Disjoncteur

C’est le dispositif de protection le plus courant qui peut faire ou défaire le circuit manuellement ou par télécommande dans des conditions normales de fonctionnement.

Il existe plusieurs types de disjoncteurs selon la tension de fonctionnement, notamment les disjoncteurs à air comprimé, à huile, à vide et au SF6. Pour plus d’informations sur les disjoncteurs, suivez le lien ci-joint.

Lire :Différents types de disjoncteurs

Relais de protection

Ce sont les dispositifs de détection de défaut. Ces dispositifs détectent le défaut et déclenchent le fonctionnement du disjoncteur de manière à isoler le circuit défectueux. Un relais est constitué d’une bobine magnétique et de contacts (NC et NO). Le courant de défaut alimente la bobine et cela provoque le champ, ainsi les contacts sont actionnés.

Certains des types de relais de protection comprennent

• Les relais de magnitude
• Les relais d’impédance
• Les relais directionnels
• Les relais pilotes
• Les relais différentiels

Lire :Classification des relais

Arrêtoir d’éclairage

Les surtensions dans le réseau électrique sont provoquées lorsque la foudre frappe les lignes de transmission et les équipements. Cela provoque des tensions et des courants élevés dans le système. Ces défauts d’éclairage sont réduits en plaçant des parafoudres au niveau des équipements de transmission.

Contributeurs d’images :

1)Défauts électriques : forschung-stromnetze.info

2) Fusible : hayley-group.co.uk

3)Disjoncteur : oez.com

4)Relais : epub1.rockwellautomation.com

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