Mise à la terre des écrans des câbles de transport AC – Dimensionnement, test et maintenance

Introduction

Cet article Electra présente un résumé détaillé du contenu de la Brochure Technique rédigée par le groupe de travail CIGRE B1.50 sur le système de mise à la terre (MALT) des écrans des câbles de transport AC. Cette Brochure Technique (BT) s’intéresse aux différents aspects de ces systèmes, comme leur spécification, leur installation (y compris les essais après installation) et leur maintenance.

La mise à la terre de l’écran des câbles est nécessaire pour assurer une connexion et une coordination d’isolement efficaces du câble, de l’écran métallique, de l’armure, de la gaine externe et de la couche semi-conductrice externe. Une mauvaise configuration du système de mise à la terre peut conduire à une réduction de la capacité de transport, davantage de pertes, des surtensions préjudiciables aux matériels et un risque potentiel de sécurité.

Le groupe de travail a analysé les normes et spécifications pertinentes du monde de l’industrie, les informations et spécifications requises pour mettre en place ces systèmes de MALT, les meilleures pratiques dans l’industrie et a fourni des recommandations pour la mise à la terre des liaisons souterraines à courant alternatif. Les documents suivants ont été examinés : Electra 128-1990, BT 189-2001, BT 268-2005, BT 283-2005, BT 347-2008, BT 403-2010, BT 556-2013 et BT 680-2017.

La Brochure Technique se concentre sur les liaisons souterraines HVAC de tension assignée supérieure ou égale à 66 kV. De tels systèmes nécessitent toujours un système de mise à la terre unique. Le dimensionnement du système de MALT réalisé pour chaque système de câbles individuel tient compte, pour le type de câble sélectionné et les accessoires utilisés, des conditions d’installation spécifiques au site et des paramètres du système électrique auquel les système de câble est connecté.

Ces systèmes de mise à la terre des écrans sont également nécessaires pour les systèmes de câbles de tensions assignées plus faibles (< 66 kV), pour lesquels les principes décrits dans cette Brochure Technique s’appliquent avec une approche plus standardisée. Bien que cette approche standardisée nécessite aussi des études poussées et une interprétation critique, le groupe de travail B1.50 ne l’a pas formellement investiguée et décrite.

La Brochure Technique fournit également définitions, descriptions et exigences pour les composants du système de mise à la terre des écrans, qui doivent être intégrés dans les phases de conception, de tests, d’installation, d’exploitation et de maintenance.

La Brochure Technique investigue ensuite la maintenance de ces systèmes de MALT en fournissant des recommandations sur une maintenance convenable et sur les critères d’essais applicables pour chaque équipement, comme par exemple les limiteurs de surtension de gaine. Cette Brochure Technique s’intéresse aussi à l’impact du mode de mise à la terre des écrans sur les systèmes de monitoring.

Scope et méthodologie

Le scope de la brochure se limite aux systèmes de mise à la terre des écrans des câbles souterrains HVAC. L’objectif est de fournir les meilleures pratiques de mise à la terre des écrans le long des différentes phases de vie, de la conception à l’exploitation ainsi que la maintenance. Les principaux sujets abordés dans la brochure sont :

1. Principes de base pour la mise à la terre des écrans

• Donner une vue d’ensemble des fonctionnalités d’une mise à la terre
• Lister les documents existants et autres informations techniques sur le sujet
• Passer en revue les différentes pratiques de modes de mise à la terre, de tension en régime permanent et de tenues en tension

2. Conception des systèmes de mise à la terre

• Présenter plusieurs modes de mise à la terre : en un point, en plusieurs points (continue), par permutation ternaire et détailler les enjeux de protection des écrans du câble, notamment au niveau des jonctions, des extrémités et des coffrets de permutation.
• Exposer les connaissances de base (tensions, courant nominal et énergie absorbée) pour la sélection et la mise en œuvre des câbles de liaison, coffrets de permutation, et limiteurs  de surtension de gaine, en fonction des paramètres du système de câble et du mode de mise à la terre.
• Formuler des recommandations pour la coordination d’isolement du système de MALT.
• Fournir une aide à la modélisation du système de câble et au calcul de surtensions.

3. Test du système de mise à la terre

• Donner des préconisations sur les essais des différents équipements du système de mise à la terre
• Donner des préconisations sur les essais après pose

4. Maintenance du système de mise à la terre

• Donner des recommandations sur la maintenance des systèmes de mise à la terre, et notamment des limiteurs de surtension de gaine.
• Fournir des critères de test en considérant les interférences avec les systèmes de monitoring installés
• Discuter du monitoring des systèmes de MALT.

La méthodologie appliquée par le groupe de travail pour traiter ce sujet a d’abord consisté en une revue des publications déjà existantes, comme résumé dans le Chapitre 1 de la Brochure Technique, puis d'obtenir, par l'intermédiaire des membres du groupe de travail, des questionnaires sur leurs connaissances nationales respectives et leur expérience en service sur les dernières tendances et évolutions en matière de conception, de test, d'installation et de maintenance des systèmes de mise à la terre. Les enquêtes contenaient des questions spécifiques aux pratiques de conception, d’exploitation et de maintenance au sein des exploitants, fournissant ainsi des informations moins souvent trouvées dans des publications officielles.

Description de la Brochure Technique

La Brochure Technique comporte cinq chapitres et quatre annexes, qui sont résumés dans les paragraphes suivants.

Chapitre 1 – Informations élémentaires sur les systèmes de MALT

Ce chapitre présente les fonctions et les prescriptions relatives aux systèmes de MALT à travers une analyse de documents existants et autres sources d’informations techniques. Il synthétise également les pratiques et le retour d’expérience en termes de configuration, de schéma de MALT, de tension en régime permanent et de tenue en tension.

Chapitre 2 – Dimensionnement et protection des systèmes de MALT

Ce chapitre liste et discute des techniques de MALT les plus courantes pour les liaisons HVAC (i.e. MALT en un point, MALT continue et permutation), ainsi que des défis concernant la protection de l’isolation secondaire des matériels (gaine extérieure des câbles et protection externe des jonctions). La Brochure Technique fournit les connaissances de base sur les exigences de tenue en tension, l’intensité admissible, l’énergie à dissiper pour le choix et l’installation des câbles de liaison, des coffrets de permutations et des limiteurs de surtension, suivant les caractéristiques du système, la technique de MALT, les connexions à la terre et les résultats d’études de coordination d’isolement. La Brochure Technique fournit également des recommandations pour la réalisation d’études de coordination d’isolement liées à la conception et aux exigences de tenue en tension des systèmes de MALT et les modèles de systèmes de câbles qui peuvent être utilisés pour les calculs et simulations de surtension par logiciel informatique.

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Chapitre 3 – Test des systèmes de MALT

Les essais relatifs au système de MALT sont présentés en détails. Le chapitre donne des indications quant au test des matériels ainsi que sur les essais après pose.

Chapitre 4 – Maintenance des systèmes de MALT

La maintenance est abordée dans ce chapitre en fournissant des recommandations sur les meilleures pratiques de l'industrie pour la maintenance des systèmes de liaison de gaine (y compris les limiteurs de surtension et les critères de test). Les possibilités de monitoring sont également discutées dans ce chapitre.

Chapitre 5 – Conclusions

En conclusion de la Brochure Technique, une synthèse des objectifs atteints est présentée :

• Une présentation générale ainsi qu’une description détaillée des systèmes de MALT.
• Le fonctionnement, la description détaillée et la liste des normes existantes relatives aux matériels constituant les systèmes de MALT.
• Une analyse bibliographique de normes internationales, guides, brochures CIGRE et articles scientifiques afin de synthétiser l’information existante. Cela comprend une table de référence rapide des principaux éléments de conception, test et maintenance des systèmes de MALT.
• L’analyse d’un questionnaire visant à recueillir le retour d’expérience sur le dimensionnement, le test et la maintenance des systèmes de MALT. Une synthèse des réponses des pays ayant participé au sondage est incluse.
• Un chapitre détaillé sur la conception et la protection des systèmes de MALT qui décrit : techniques standard de MALT connues, formules de calcul, références de formules et exemples de calculs de tensions induites et de courant de circulation, principes pour le choix des limiteurs de surtension, modèles et outils informatiques de référence pour le calcul des surtensions à fréquence industrielle et en transitoire, exigences des études de coordination d’isolement pour les systèmes de MALT.
• Un chapitre détaillé sur les exigences en termes d’essais de systèmes de MALT. Sont décrits les essais de type ainsi que les essais après pose prescrits ou recommandés par les normes et les Brochures Techniques CIGRE. Une conclusion critique du GT B1.50 est qu’il faut réaliser une étude de coordination d’isolement pour chaque projet spécifique afin de déterminer les valeurs nominales de tenue en tension requises en fonctionnement normal et en régime de défaut transitoire.
• Un chapitre détaillé sur les exigences en termes de maintenance, notamment online et offline, et leur planification.

Annexes

La brochure inclut des annexes avec la liste des abréviations utilisées, la définition de termes spécifiques, les symboles, ainsi que le recueil du retour d’expérience et des pratiques en termes de maintenance.

Conclusions

La brochure a été un moyen efficace pour conduire une analyse et émettre des recommandations sur les bonnes pratiques relatives aux systèmes de MALT, qui constituent une partie essentielle des liaisons par câbles HVAC, aujourd’hui très répandues à travers les continents et pays du monde. La priorité numéro un de ces systèmes est d'assurer des performances sûres et fiables des systèmes de câbles et d'assurer la sécurité du personnel et des équipements à proximité ou en contact avec ces systèmes de câbles. Le groupe de travail a participé à diverses réunions et actions afin de réunir toutes les connaissances possibles et les bonnes pratiques relatives aux systèmes de MALT utilisés sur les liaisons par câbles HVAC, avec pour objectif de s’assurer que le contenu de la brochure soit pertinent et qu’il constitue un guide fiable pour les industriels ayant à concevoir, installer, tester et maintenir de tels systèmes.

Certains aspects couverts dans cette brochure pourront être approfondis au travers des travaux en cours au sein d’autres Groupes de Travail CIGRE, tels que le JWG B1/C4.69 sur la coordination d’isolement des liaisons par câbles AC et le GT B1.60 sur la maintenance des liaisons par câbles HT, qui peuvent tous deux inclure une extension de certaines des considérations d'ingénierie critiques pour les systèmes de MALT sur les systèmes de câbles de transmission AC.