Réduire les risques de départ de feu et les conséquences des incendies à proximité des lignes aériennes dans l'exploitation des systèmes électriques

Introduction

Il est anticipé que le changement climatique accroîtra le nombre des jours de danger extrêmes de feu, ainsi que la durée et l'intensité des événements, et l'impératif de réduire les risques d'incendies provoqués par les lignes électriques, et aussi de bien comprendre les impacts des incendies de végétation sur les lignes de transport et de distribution, n'a jamais été aussi urgent.

L'activité de l'étude du Groupe de Travail a donc consisté à examiner les pratiques des compagnies électriques qui exploitent des réseaux dans des environnements de grand danger de feux de végétation, et à dégager les meilleures stratégies.

Enquête sur les incendies de végétation

Une enquête a été lancée auprès des compagnies de distribution et de transport qui rencontrent des risques importants de tels incendies. Pour les compagnies de distribution le risque est plutôt de provoquer un incendie. Par contre les compagnies de transport ne provoquent qu'occasionnellement des incendies (Blunt 2019), mais elles courent surtout le risque de voir un incendie envelopper leurs lignes et impacter la stabilité et la sûreté du réseau.

Le but de l'enquête était de rassembler les meilleurs procédures d'exploitation et de les ordonner dans le cadre Prévenir, Préparer, Répondre, Rétablir (PPRR) de la Gestion d'Urgence  des compagnies d'électricité, puis de comparer et différencier les pratiques existantes en regard de ce cadre.

Il était demandé aux compagnies de répondre à des questions portant sur 11 domaines de l'exploitation :

1. Consistance des installations et risque de feu de végétation
2. Statistiques de départs de feu
3. Impact des normes de conception et de construction sur la prise des décisions d'exploitation 
4. Impact du cadre réglementaire et légal sur la gestion opérationnelle des incendies et sur la gestion des risques météorologiques
5. Incendies et leur impact sur les réseaux électriques
6. Réduction des matières combustibles et données de satellites
7. Gestion environnementale des corridors des lignes de transport
8. Pratiques de gestion des servitudes de lignes
9. Rôle de la compagnie dans le Plan d'Urgence de l'Etat ou du Pays
10. Gestion des risques d'ionisation et de contournement
11. Développements technologiques

Des résultats de l'enquête il ressort que les compagnies de distribution sont celles qui sont les plus concernées par la gestion des risques de feux de végétation, en conséquence l'essentiel des travaux ont porté sur leur cas. Les compagnies de distribution qui ont le plus avancé sur la réduction du risque de feu de végétation ont mis en place des stratégies multiples pour limiter les risques de départ de feu, parmi lesquelles :

1. Modifier les réglages de protection lors des journées de danger élevé de feu
2. Modéliser la propagation du feu pour catégoriser les zones de risque de feu et engager prioritairement des actions de réduction du risque de feu
3. Etudier des technologies de détection de défaut en devenir
4. Etudier des technologies de détection de rupture de conducteur
5. Développer un cadre de prise de décision de coupure de mise hors tension
6. Mettre en place des études sur le comportement du feu
7. Travailler en étroite collaboration avec les organisations de lutte contre les incendies les jours de danger élevé de feu

Pour mieux comprendre leurs risques, les compagnies réalisent des modélisations du risque d'incendie pour évaluer les conséquences potentielles des incendies provoqués par leurs lignes, pour différentes hypothèses de conditions climatiques et de gestion de la matière combustible. Celles-ci les informent sur les conséquences potentielles ou les menaces de tels incendies.

En rapprochant les résultats et les données sur les départs de feu, les compagnies déterminent alors les tendances en matière de causes des départs de feu, et peuvent classer leurs zones d'exploitation en plusieurs niveaux de risque, de zones à haut risque, à risque moyen et à risque faible.

Cette classification du risque va ensuite impacter les programmes de remplacement des équipements, les programmes d'inspection des moyens de lutte et les priorités de maintenance. Elle joue également sur la manière d'exploiter les lignes dans les différentes zones de risque, lors des journées de danger élevé d'incendie.

Un certain nombre des compagnies interrogées ont fait réaliser des études, par des organismes académiques ou scientifiques, sur les mécanismes de démarrage et de propagation des feux. Les résultats de ces recherches ont contribué à perfectionner ou à changer fondamentalement leurs pratiques de réduction des risques d'incendie.

Certaines compagnies ont reconnu l'importance de travailler en collaboration avec les organismes de lutte contre les incendies, pour un bénéfice mutuel. Les organismes de lutte contre les incendies aident le personnel des compagnies à accéder en toute sécurité aux zones de feu, pour commencer leur travail d'inspection et pour commencer à réparer après le passage du feu. De même le personnel de la compagnie peut mettre hors tension, et isoler les lignes tombées au sol, pour permettre le travail en sécurité des organismes de lutte contre l'incendie.

Conscientes du risque potentiel de départ de feu lors des jours de danger élevé, de nombreuses compagnies modifient les réglages des protections sur les départs, soit en supprimant le réenclenchement, soit en augmentant la sensibilité des protections, soit en faisant les deux. Une étude suggère que ces modifications de réglage peuvent conduire à une réduction de 16% de la probabilité de départ de feu sur des réseaux de distribution multi-phases (Dunstall et al 2016, p. 47).

A la suite des incendies du "Samedi Noir" de 2009 dans l'Etat de Victoria, en Australie, les compagnies de cet Etat ont mis en place des moyens pour interrompre un défaut à la terre en quelques millisecondes, coupant ainsi l'alimentation en énergie du défaut et réduisant le risque d'un départ de feu. Cette technologie est appelée "Limiteur Rapide du Courant de Défaut à la Terre" (RECFL). Une récente analyse des bénéfices du REFCL a abouti à la conclusion qu'il subsistait des incertitudes sur le niveau de réduction et sur la quantification de l'intérêt économique prenant en compte le coût et la probabilité d'un incendie extrême (Nous Group 2020).

Une technologie développée aux Etats-Unis, appelée "Anticipation des Défauts de Distribution", vise à détecter les défauts en devenir, et à permettre aux compagnies de corriger l'anomalie avant qu'il évolue en un défaut en réseau (Wischkaemper et al 2015). Une technologie semblable, dite "Détection Rapide de Défaut" a été développée en Australie (Wong et al 2019).

Ces technologies donnent aux compagnies l'opportunité d'intervenir sur une défaillance en devenir d'un composant. Si une telle défaillance devait se produire un jour de danger élevé de feu, un incendie pourrait survenir avec des conséquences catastrophiques. Ces technologies peuvent aussi fournir aux compagnies la possibilité de mettre hors service un départ en défaut, un jour de danger élevé de feu, avant qu'une défaillance très grave se produise.

Mais il n'y a que très peu d'informations disponibles sur les expériences d'utilisation de cette technologie pour les jours de danger élevé de feu.

Une autre technologie est en cours d'étude aux Etats-Unis, qu'on désigne par "rupture de Conducteur", qui permet détecter la rupture d'un conducteur, et de retirer du service le circuit avant que le conducteur touche le sol (O’Brien 2016). Cependant ceux qui ont examiné l'étude stipulent :

1. Qu'elle est coûteuse quand elle s'applique à des circuits qui ne sont équipés que de protections et de dispositifs de commande anciens,
2. Qu'elle demande des moyens de communication spécifiques entre les commandes d'enclenchement, et la possibilité de coordonner la communication en retour,
3. Qu'elle ne répond pas au cas où le conducteur tombe au sol en conservant son intégrité.

Une technologie similaire est développée en Australie. ^[1]

Pour réduire le risque d'un amorçage de conducteur et d'un contact avec la végétation, les compagnies d'électricité remplacent aussi les conducteurs nus par des conducteurs enveloppés ou isolés, comme montré sur la Figure 1.

Les lignes à conducteurs nus peuvent être remplacés par des câbles souterrains, mais les coûts des lignes aériennes à haute tension à faisceaux de conducteurs isolés sont déjà au moins deux plus coûteuses que les lignes à conducteurs nus, et alors que la mise en souterrain est environ sept à dix fois le prix d'une ligne à conducteurs nus.

Une compagnie du panel a étudié les microgrids (Hering 2019).  Ces micro-grids deviennent plus accessibles et pourraient être utilisés en particulier pour alimenter des petits centres de consommation servis par des liaisons de distribution de grande longueur, qui seraient alors remplacées par des productions locales et des moyens de stockage d'énergie.

Les actions minimales entreprises par les compagnies pour réduire le risque de feu de végétation consiste à exécuter des inspections et des maintenances régulières de leurs installations de distribution, et à nettoyer la végétation à proximité de leurs installations. Il ressort de l'enquête que les exigences en matière de gestion de la végétation varient fortement. Par exemple pour une ligne à 72 kV en Californie, la distance à la végétation minimale est de 1,2 m, alors que dans l'Etat de Victoria en Australie, les distances à la végétation, horizontale ou verticale, pour une portée de 250 m et une ligne à 66 kV, sont de 2,75 m (avec des distances additionnelles pour tenir compte de la flèche et du balancement des conducteurs), et qu'en Australie du Sud les distances sont de 6,5 m en horizontal et de 3 m en horizontal, pour la même longueur de portée.

Les régimes réglementaires sous lesquelles travaillent les compagnies impactent significativement leurs activités opérationnelles. Ceci est particulièrement vrai pour les conditions de mises hors tension des ouvrages pour réduire les risques de déclenchement d'incendie.

Une compagnie de Californie a reçu l'autorité légale lui permettant de mettre hors tension des ouvrages, sans possible poursuite judiciaire, si elle juge que c'est nécessaire pour éviter un danger aux personnes ou aux biens (Electricity Act 1996). Les compagnies de Californie ont reçu l'autorité légale de procéder à des coupures de service pour réduire un risque d'incendie.

Cependant la Commission des Services Publics impose des exigences strictes aux compagnies, en matière de notifications aux communautés et en matière de reporting post-coupure (California Public Utilities Commission 2018), et leur impose également de démontrer que la coupure était effectivement la réponse de dernier recours (California Public Utilities Commission 2021).

La règle de la “Inverse Condemnation” qui s'applique en Californie rend les compagnies responsables de tout dommage causé par leurs activités ou leurs équipements, quel que soit le défaut ou sa prédictibilité (Zurcher 2020). Ceci et la fréquence croissante des incidents importants ayant entrainé de débours importants (Balaraman 2021), les compagnies de Californie pratiquent de plus en plus la stratégie de la coupure préventive (Hering 2020). Cette tendance a peu de chance de s'inverser alors que l'on prévoit que le changement climatique va accroître la probabilité du nombre et de la sévérité des conditions favorables aux incendies de végétation (Perkins-Kirkpatrick 2020, Hannam 2020).

Néanmoins, les coupures ont des impacts importants pour les communautés desservies. Les études ont montré que pendant les vagues de chaleur le taux des décès s'élève significativement (Nairn et al 2013), et on peut penser que les coupures vont potentiellement amplifier le nombre des décès lors d'une vague de chaleur.

En conséquence, les compagnies qui procèdent aux coupures pour gérer les risques d'incendie de végétation, devront déterminer une "acceptation de risque" qui traduit l'équilibre entre le risque de déclenchement d'un incendie et les impacts négatifs des coupures d'alimentation sur la communauté desservie.

La Figure 2 représente le profil de risque d'une artère d'alimentation. En partant des statistiques probabilité de déclenchement d'un incendie et une modélisation des conséquences de l'incendie, le risque associé à l'artère est calculé et classé entre risque le plus élevé et risque le plus bas. La compagnie calcule ensuite son niveau "d'acceptation de risque" comme le point où l'accumulation des risques interclassés équilibre les impacts pour les consommateurs

On peut obtenir les valeurs des impacts pour les clients en partant des objectifs réglementaires de performance du service et des valeurs attribuées par les clients aux interruptions du service [Longo et al 2018, Australian Energy Market Commission 2009). Ceci est connu comme le "Facteur de gêne", et c'est la représentation financière de la gêne causée aux clients par la coupure de leur fourniture.

L'"acceptation de risque" de la compagnie est le point où les gênes cumulées de coupures de F artères équilibre l'impact pour les consommateurs pénalisés par la coupure de F artères (voir Figure 3).

La compagnie doit aussi prendre en compte les dispositions de son assurance dans le calcul de son acceptation de risque.

La Figure 4 montre comment se détermine le point d'équilibre, et la compagnie doit tenir compte des éléments suivants :

• FR_i st le risque d'artère de l'artère de rang i
• Cust Num_i est le nombre des clients alimentés par l'artère i
• Outage Duration_i est la durée de coupure pour l'artère i
• IF_i est le "facteur de gêne" pour l'artère i

Les lignes de transport, à 66 kV et plus, provoquent occasionnellement des incendies de végétation (Blunt 2019). Par contre les lignes de transport ont une plus grande probabilité d'être impactées par les incendies de végétation, quelquefois directement –voir figure 5 – mais plus souvent par des problèmes de sécurité et de stabilité induits par l'interconnexion (ENTSO-E 2021).

Un grand nombre d'incidents de réseau ont été rapportés dans l'étude, provoqués par des incendies qui ont enveloppé les lignes de transport. Toutefois les compagnies de transport ne mettent pas toutes hors service le réenclenchement en cas d'incendie à proximité d'une ligne de transport incendie

On propose dans l'étude quelques stratégies pour la construction de lignes nouvelles, pour réduire les risques d'impacts adverses d'incendies de végétation, comme éviter des tracés empruntant des zones présentant de forts volumes de matière combustible et ayant un historique chargé d'incendies.

Enfin il est nécessaire que les compagnies de transport collaborent avec les organismes qui combattent les incendies, et ce besoin est mis en lumière par un incident au cours duquel un pompier a été mis à terre du fait d'une forte tension de pas, au moment d'un contournement sur une ligne à 500 kV (TB 767 - 2019).

Conclusion

Dans l'étude on a interrogé des compagnies de transport et de distribution sur leurs pratiques en matière de réduction des risques de départ de feu dus à leurs ouvrages et de réduction des conséquences des incendies à proximité des lignes aériennes.

Cette enquête a permis recueillir les meilleures stratégies suivies, en appliquant un canevas de Gestion des Urgences (EM) qui analyse les pratiques pour :

1. Prévenir les risques pour la faune sauvage,
2. Se préparer pour les jours de danger élevé de feu,
3. Etre plus réactif les jours de danger élevé de feu
4. Reprendre le service après des incendies qui peuvent arriver pendant les jours de danger élevé de feu  

Un certain nombre des pratiques de réduction des risques peuvent s'appliquer à la fois aux compagnies de transport et de distribution. L'enquête a montré que les compagnies de distribution avaient une forte probabilité d'être concernées par des incendies provoqués par leur infrastructure, alors que les compagnies de transport étaient surtout affectées par les incendies de végétation touchant leurs couloirs de ligne.

Les compagnies de distribution travaillent avec les universités, les centres de recherche, et les fournisseurs d'équipements, pour étudier et mettre en place des stratégies qui permettent de réduire les risques de départs de feu de végétation provoqués par leurs ouvrages.

L'étude a montré que les compagnies qui ont mis en place un sérieux Plan de Gestion des Urgences pour gérer les risques d'incendie, ont moins de risque d'être à l'origine d'incendies de végétation, et ont moins de risques d'être impactés par des incendies touchant leurs couloirs de lignes.

Du fait des impacts du changement climatique un plus grand nombre de compagnies devront prendre en considération la réduction des risques d'incendie. L'étude leur apporte un recueil des meilleures pratiques de gestion du risque des incendies de végétation, et peut être le point de départ d'une réflexion sur les améliorations à apporter à leurs pratiques actuelles.

References

1. Miller, C. et al, (2017), ‘Electricity caused wildfires in Victoria, Australia are over-represented when fire danger is elevated’, Landscape and Urban Planning 167 (2017), pp. 267-274
2. Voice of America, (2020), ‘California could mandate backup power at cell phone towers’, Herald Globe, 9 January 2020, Volume No. 0205/16
3. Blunt K. and Gold R. (2019),’PG&E delayed safety work on powerlines that is prime suspect in California wildfire’, The Wall Street Journal Feb 27, 2019, https://www.wsj.com/articles/pg-e-delayed-safety-work-on-power-line-that-is-prime- suspect-in-california-wildfire-11551292977 viewed on 25 June 2019
4. Collins et al (2016), ‘Some Wildfire Ignition Causes Pose More Risk of Destroying Houses than Others’, PLOS ONE | DOI:10.1371/journal.pone.0162083 September 6, 2016
5. Perkins-Kirkpatrick, S.E. & Lewis, S.C. (2020), “Increasing Trends in regional heatwaves”, NATURE COMMUNICATIONS | (2020) 11:3357 | https://doi.org/10.1038/s41467-020-16970- 7 | www.nature.com/naturecommunications
6. Dunstall et al (2016), ‘PBSP Risk Reduction Model’, CSIRO Data61, Australia, prepared for Victorian Government Powerline Bushfire Safety Program, https://www.energy.vic.gov.au/ data/assets/pdf_file/0027/424629/for-web-Risk- Reduction-Model-Report-CSIRO.pdf as viewed on 25 January 2022
7. Wischkaemper, J. A., Benner, C. L., Russell, B. D., and Manivannan, K., "Application of Waveform Analytics for Improved Situational Awareness of Electric Distribution Feeders," Smart Grid, IEEE Transactions on, vol. 6, pp. 2041-2049, 2015
8. K. L. Wong, T. Marxsen, M. Liang and J. S. Chahal (2019), "A Novel Autonomous Technique for Early Fault Detection on Overhead Power Lines," 2019 IEEE 4th International Conference on Condition Assessment Techniques in Electrical Systems (CATCON), 2019, pp. 1-5, doi: 10.1109/CATCON47128.2019.CN0027
9. Russell, D., Benner C. and Peterson, R (2020), ‘Fault Anticipation Improves Operations’, Lord Power Equipment website, https://www.lordpowerequipment.com/dfa/bushfire- prevention/497-fault-anticipation-improves-operations as viewed on 30 March 2022
10. PSC Group Company (2020), ‘REFCL Functional Performance Review’, Report for Energy Safe Victoria, https://esv.vic.gov.au/safety-education/bushfire-and-powerline-safety/powerline- bushfire-safety-commitee/rapid-earth-fault-current-limiters-refcl-survey-of-selected-hv- sites/ viewed on 28 February 2021
11. Marxsen, T. (2015),’Powerline Bushfire Safety Program – REFCL Technologies Test Program – Final Results’, https://www.energy.vic.gov.au/ data/assets/pdf_file/0021/41709/PBSP- REFCL-technologies-Kilmore-final-report-151204.pdf viewed on 28 February 2021
12. Nous Group (2020), ‘REFCL cost-benefit analysis’, report for Energy Safe Victoria, REFCL cost- benefit analysis (esv.vic.gov.au) as viewed on 28 January 2022
13. O’Brien, W. et al (2016),’Catching Falling Conductors in Midair – Detecting and Tripping Broken Distribution Circuit Conductors at Protection Speeds’, Paper presented at 69th Annual Conference for Protective Relay Engineers, IEEE 20160215 . TP6706-01 https://doi.org/10.1109/CPRE.2016.7914881 
14. Zurcher, S. (2020), ‘Wildfires are Ravaging California. Can Electric Utilities Take the Heat?’, https://legal-planet.org/2020/10/05/guest-contributor-samantha-zurcher-the-current-state- of-wildfire-liability-in-california/ 
15. California Public Utilities Commission (2021), ‘Decision Adopting Phase 3 Revised and Additional Guidelines and Rules for Public Safety Power Shutoffs (Pro-Active De- energizations) of Electrical Facilities to Mitigate Wildfire Risk Caused by Utility Infrastructure’, Issued 6/29/2021, Rulemaking 18-12-005, Decision 21-06-034
16. Balaraman, K. (2021), ‘SCE settles 2018 wildfire insurance claims for $2.2B, faces potential fines over energy efficiency program’, UTILITY DIVE SCE settles 2018 wildfire insurance claims for $2.2B, faces potential fines over energy efficiency program | Utility Dive published on 26 January 2021
17. Hering, G. (2019),’California braces for precautionary blackouts as wildfire season begins’, S&P Global Market Intelligence, available online at https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/news-insights/trending/5Z1q71TKsUqh4UA68ezPHA2, 4 Jun 2019, viewed on 21 Apr 2020
18. Nairn, J. and Fawcett, R. (2013), ‘Defining heatwaves: heatwave defined as a heat-impact event servicing all community and business sectors in Australia’, Centre for Australian Weather and Climate Research (CAWCR), CAWCR Technical Report No. 060
19. Perkins-Kirkpatrick, S.E. & Lewis, S.C. (2020), “Increasing Trends in regional heatwaves”, NATURE COMMUNICATIONS | (2020) 11:3357 | https://doi.org/10.1038/s41467-020-16970- 7 | www.nature.com/naturecommunications
20. Hannam, P. (2020), ‘Year of extremes as record heat, fire danger and dismal rainfall dominate’, Sydney Morning Herald January 9, https://www.smh.com.au/environment/weather/year-of-extremes-as-record-heat-fire- danger-and-dismal-rainfall-dominate-20200108-p53psq.html viewed on 30 January 2021
21. California Public Utilities Commission Resolution (2018), ‘Extending De-energisation reasonableness, notification, mitigation and reporting requirements in decision 12-04-024 to all electric investor owned utilities’, Resolution ESRB-8, July 12, 2018, Date of Issuance: July 16, 2018 https://docs.cpuc.ca.gov/publisheddocs/published/g000/m218/k186/218186823.pdf 
22. Electricity Act (1996), ‘An Act to regulate the electricity supply industry; to make provision for safety and technical standards for electrical installations; and for other purposes, in the state of South Australia’, Electricity Act 1996 (legislation.sa.gov.au) Version: 4.10.2018, Published under the Legislation Revision and Publication Act 2002
23. Miller, C. et al, (2017), ‘Electricity caused wildfires in Victoria, Australia are over-represented when fire danger is elevated’, Landscape and Urban Planning 167 (2017), pp. 267-274
24. ENTSO-E (2021), ‘Continental Europe Synchronous Area Separation on 24 July 2021’, Technical Report, Factual Report on the Separation of the Continental Europe Synchronous Area on 24 July 2021 (entsoe.eu) as viewed on 28 January 2022
25. Longo, A., Boumand, T, Giccaria, S and Efthimiadis, T (2018),’Societal appreciation of energy security: Volume 1: Value of Lost Load – residential consumers (EE, NL and PT)’, Publicatis Office of the European Union, Luxembourg, 2018, ISBN 978-92-79-98282-8, doi:10.2760/139585, JRC112728 https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC112728#:~:text=The%20Value%20of%20Lost%20Load,conditions%20of%20an%20energy%20system  as viewed on 30 March 2022
26. Australian Energy Market Commission (2009), ‘NEM Reliability Settings: VOLL, CPT and Future Reliability Review’, Reference ERC0080, https://www.aemc.gov.au/rule-changes/nem- reliability-settings-voll%2C-cpt-and-future-reli as viewed on 30 March 2022
27. Longo, A, Boumand, T, Giccaria, S and Efthimiadis, T (2018),’Societal appreciation of energy security: Volume 1: Value of Lost Load – residential consumers (EE, NL and PT)’, Publicatis Office of the European Union, Luxembourg, 2018, ISBN 978-92-79-98282-8, doi:10.2760/139585, JRC112728 https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC112728#:~:text=The%20Value%20of%20Lost%20Load,conditions%20of%20an%20energy%20system as viewed on 30 March 2022
28. Energy Networks Australia (2020) ‘Bushfire Factsheet January 2020’, Energy Networks https://www.energynetworks.com.au/resources/fact-sheets/bushfire-factsheet-2020/ as viewed on 30 March 2022