Optimisation de système de protection des postes haute tension contre le coup de foudre direct

21/10/2017
Publication REE REE 2005-4
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-4:20547
DOI :

Résumé

Optimisation de système de protection des postes haute tension contre le coup de foudre direct

Métriques

3
4
1.33 Mo
 application/pdf
bitcache://5f7f89a611de77cc4d05d486198560b46d7ec19d

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2005-4/20547</identifier><creators><creator><creatorName>Yusof Abdul Wahab</creatorName></creator><creator><creatorName>Zakaria Zainal Abidin</creatorName></creator><creator><creatorName>Salih Sadovic</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Optimisation de système de protection des postes haute tension contre le coup de foudre direct</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2017</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Sat 21 Oct 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Sat 21 Oct 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Tue 15 May 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">5f7f89a611de77cc4d05d486198560b46d7ec19d</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>34719</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

Repères FOUDRE Optimisation de système de protection a des postes haute tension contre le coup de foudre direct Mots clés Foudre, Protection, Paratonnerre, Câble degarde Par Yusof Abdul ! WAHAB'. Zakaria Zainal ABIDIN 1, Salih SADOVIC 1 1 Tenaga Nasional Berl ? ad, 1 Sadovic Consultant Introduction Tenaga Nasional Berhad (TNB), fournisseur d'élec- tricité malaisien, est installé dans une zone géographique à forte activité orageuse. Ainsi dans certaines régions du pays la densité de coups de foudre au sol est de 20 coups de foudres/km'/an. TNB a subi quelques défaillances de la protection des postes haute tension contre les coups de foudre directs. La pratique actuelle chez TNB pour la protection des postes à haute tension est d'utiliser des câbles de garde : deux câbles de garde supplémentaires diagonaux sont uti- lisés en supplément des câbles de garde usuellement employés. À cause de la corrosion dans les zones très polluées et de la friction des câbles de garde diagonaux, des câbles de garde ont rompu dans certains postes, cau- sant de sérieux problèmes. Il a été décidé de créer un compte rendu détaillé de la pratique actuelle dans la protection de postes contre la foudre. Plusieurs postes haute tension en ciel ouvert actuels (132 kV, 275 kV et 500 kV) sont étudiés. Le système actuel de protection de postes contre les coups de foudre directs permet une excellente protection (taux de défaillance nul), mais la prise en compte des pro- blèmes relatifs aux câbles de garde rompus a conduit à étudier l'application des paratonnerres seuls. Il existe plusieures méthodes pour la modélisation des systèmes de protection des postes haute tension contre la foudre [1] : . Angles fixes. . Courbes empiriques. Modèle électroaéométrique. Dans nos études, l'approche statistique de Monte Carlo avec la modélisation électrogéométrique en trois dimensions (EGM) a été utilisée. Le logiciel de simulation cowespondant est décrit et les résultats de l'étude de deux postes sont présentés. 2. Logicîel de simulation Logiciel orienté objet, Sigma ssh [2] est utilisé pour l'op- n LI timisation de la protection des postes contre les coups de foudre directs. Ce logiciel utilise un moteur de simulation EGM similaire à celui des logiciels utilisés pour le calcul de la perfonnance de la ligne aéuenne face à la foudre [31, [4]. Les principales caractéristiques du logiciel utilisé sont : Méthode statistique Monte Carlo, avec le modèle électrogéométrique en trois dimensions . Le système (de protection et à protéger) est dessiné sur l'écran de l'ordinateur (paratonnerres, conduc- teurs directs, rectangles, cercles) . Les différentes distributions de coups de foudre (IEEE, CIGRE,...) sont installées dans le logiciel L'ESSENTIEL Cet article présente les résultats de l'étude de l'utilisation de paratonnerresdans la protection des postes contre les coups de foudre directs. Les positions et les hauteurs des paratonnerres sont déterminés grâce au logiciel de simulation Sigma ssh. Ce logiciel utilise le modèle électrogéométriqueen trois dimensions, avec l'applicationd'une méthode de Monte Carlo. Les résultats de l'étude d'un poste 275 kV et 500 kV sont présentés. YNOPSIS This paperpresents results of the study dea ! ing with thé appiica- tion of lightning rods for the substation direct stroke protection. Lightningrod locationsand heights are determined using simula- tion software Sigmassh. This software uses a three-dimensiona ! Monte Carlo electro geometric modeling. Study results for one particular275 kV and one 500 kV substationare presented. REE Nc 4 2005 Repères FOUDRI . Les options d'étude sont sélectionables par l'utili- sateur . Les leaders approchant le sol peuvent arriver suivant une direction verticale ou oblique . Chaque jeu de barre peut avoir son propre seuil de tenue du point de vue de l'isolement . Le calcul automatique du rayon d'effet couronne, de l'impédance d'onde et du courant critique relatif à l'effet couronne . Les coups de foudre frappant le système à protéger Zn sont géographiquement représentés . En cliquant sur la position de l'impact d'un coup de foudre toutes les données du coup de foudre sont représentées . Pas de limite concernant le nombre de tensions nominales différentes dans le poste . Le logiciel a son propre outil de création de rapport. Les options de simulation du Tableau 1 sont utilisées pour toutes les études présentées dans cet article. Nombretotal de coups de foudre 50000 dans EGM Distributionde coup defoudre [51 IEEE .., -1..... Traje-ctoire des Leaders-.......................... 1. 1 - 1.1 Il.-Il.1-slous angle__ -- - Distanced'amorçageaux conducteurs [5] rc = 10 10,65 Distanced'amorçageau sol re = 0,9 r. Distanced'amorçageau paratonnerre'r = 1,1rc Tableau 1. Optiorvsde siiiiiilation. 1 (kA) - Courant de foudre Le courant critique relatif à l'effet couronne est calculé pour tous les jeux de barres en utilisant la méthode présentée en [7]. Le logiciel a son propre outil de calcul du courant critique (exemple en figure 2). Pour chaque poste étudié, le système de protection existant contre le coup de foudre direct (avec câbles de garde) est analysé en premier. Dans l'étude du système de protection basé sur l'utilisation de paratonnerres, la position initiale du paratonnerre est sur la structure d'ex- trémité supportant le câble de garde existant (câbles de garde enlevés). 3. Poste 275 kV de Bukit La protection existante du poste 275 kV de Bukit contre les coups de foudre directs est réalisée par des câbles de garde. En addition de l'installation standard des câbles de garde (parallèles aux jeux de barres de transfert), deux câbles de garde additionnels installés en diagonale sont utilisés pour la protection de chaque module du poste (figure 1). Les câbles de garde sont installés à la hauteur de 30 m, alors que le jeu de barres de transfert, de faisceau double de 2 x 11,3 mm est à la hauteur de 16 m. Les traversées du transformateur de puissance (hauteur 6,7 m) sont également représentées dans l'étude. La tension de tenue assignée des matériels du poste est de 1050 kV ce qui donne, d'après le calcul du rayon d'effet couronne, un courant critique du jeu de barres de transfert de 6,7 kA (figure 2). La densité de coups de foudre au sol de la région où le poste est installé est de 15 coups de foudres/km'/an. D'après les simulations, la configuration existante de l'installation de câbles de garde conduit à un taux de défauts d'écran nul. Quand les deux câbles de garde diagonaux sont enlevés, le taux d'amorçage dû aux défauts d'écran est également nul. Quand les câbles de garde ont été enlevés, les para- tonnerres d'un mètre de longueur sont placés sur les structures d'extrémité (figure 3). ? 1 111 Il= "Olii . " li Clc Jcudch 7 1 ii 5111 Figure 1. Module du poste 275 kV de Bukit incluavt les câbles de garde diagoiiaiix. La zone de simulation dans laquelle le EGM est appliqué à une surface de 0,722 km. Les résultats des simulations pour ce poste sont présentés dans les tableaux 2 et 3. Le tableau 2 présente les résultats de la modélisation EGM. Ce tableau donne le nombre de coups de foudre (de 50 000 échantillons) arrivant au sol, au système de protection contre la foudre (SPF) et au système à protéger (SAP). Le nombre d'amorçages dus aux défauts d'écran (ADE) sur le jeu de barres de transfert est aussi présenté dans ce tableau. Le tableau 3 présente les résultats de simulation géné- raux. Le taux de défauts d'écran (TDE), le taux d'amor- çage dû aux défauts d'écran (TADE), et le temps moyen entre deux défaillances (TMDD - Années) sont présentés. REE Nn 4 Avril2005 Optimisation de système de protection des postes haute tension contre le coup de foudre direct 1 , " - : - < 1 ',, -, -àa " ', 1 > Ili ) !]l'- i1!J1 !JJIJi J1!', 1Je 1li , 1 Ji'fi - "" 1 : EF ; C,,LC j-CjFll 1 C mün, :, or Current . J-1 - f r. ri 1 Current IUlfftir LW.) ;LEAF ! LALL CuF :: F ; C,,LC i- Ci FI,, E,IL,r bcr - PiL [l LiE L r 1 r Luttent F ! L Irii1 . 1 , . ir I v-, -Pl l-1 1 --- (: j : bf. :.r D irli H Irfll ru, i Irc,ri 1 =liïïil H (Fili - ['Ir' ! - r---] - r- I.r,) =F- _-- _- 1 1 c-1 rii == I. : == " " !.11 cohm = 4 Figure 2. Cotiraiît critiqtie d'é.f ft cotiroiiiîe dujeii (le bari-es de traiis rt'275 kV Distribution Valeur (%) des coups de foudre Échantillons 50000 100 Au sol 24846 49,692 Au SPF 25 137 50,274 Au SAP 17 Nombre de ADE 4 0,008 Tableait 2. Distribtitioiz des 'otips- tle.li) lidr ( fi-alpaiît le poste 275 kV SPF - Sysièiiie de p-c) tectioii coiiti-e la foiidi-e SAP - Système à protéger ADE - Aiiorç-ages diis alix dfiiiitç d'écrtiii Les leaders touchant le jeu de barres de transfert sont présentés " géographiquement " en figure 3. En " cliquant " tD CD sur la case correspondante tous les courants de foudre touchant un noeud particulier sont représentés. Par exemple, en cliquant sur la case du milieu du jeu de barres de transfert central, les trois courants de foudre seront représentés (fenêtre représentée à gauche en figure 3). Le taux de défauts d'écran, le taux d'amorçage dû aux défauts d'écran et le temps moyen entre deux défaillances sont aussi présentés pour ce noeud particulier. Le taux d'amorçage dû aux défauts d'écran pour un module du poste est de 0,000867 (un amorçage dû aux défauts d'écran en 1152,69 années). Pour le poste complet, qui possède trois modules, le temps moyen entre les amorçages dus aux défauts d'écran est de 384,23 années, ce qui est considéré comme acceptable. Paramètre Va) eur Unité TMDD (an) DFS 15 foudre/km2/an Zone de 0,722 km2 simulation TDE 0,003687 DE/an 271,22 TADE 0,000867 ADE/an 1152,69 Tabletiti 3. Réstiltats de siiîîtilatioii dit poste 275 kV DFS - Deisité de coitps de,folidr (y ati sol TDE - Taua de défnuts d'écrnn TADE - Tatix (I'tiiiiorçage dli atix dfiiits d'écréiii TMDD - Tenips moyen entre deux défaillances 4. Poste 500 kV de Bukit-Tarek Le poste 500 kV existant de Bukit-Tarek est également protégé par des câbles de garde, installés de la même façon que dans le poste précédent. En simulant le système de protection existant contre les coups de foudre directs, d'excellents résultats sont atteints (taux de défauts d'écran nul). En enlevant les câbles de garde diagonaux, c CI le taux d'amorçage dû aux défauts d'écran est également nul. Après avoir enlevé tous les câbles de garde, des paraton- nerres de longueur de 7 m sont placés sur les structures d'ex- trémité de support des câbles de garde (figure 4). Ce poste a des jeux de barres installés à la hauteur de 17 m, alors que les jeux de barres de transfert (faisceau quadruple de 4 x 13 mm) sont positionnés à la hauteur de 30,5 m. Les courants critiques relatifs à l'effet couronne pour les jeux de barres et les jeux de barres de transfert sont respectivement de 11,6 kA et 12,5 kA. La zone sur laquelle la modélisation EGM est appliquée a une surface de 1,802 km'. Ce poste opère dans une région où la densité de coups de foudre au sol est de 20 coups de foudre/km'/an. Le poste complet est modélisé. Les traversées du transformateur de puissance sont également représentées dans cette étude. Les résultats de la modélisation EGM sont donnés au tableau 4. Distribution Valeur (%) des coups de foudre T-otal- -.50 000 --Au sol - -- ---- 22523 4-5Q46 - ----- Au SPF 27 408 54,816 Au SAP 69 0,138 Nombre de ADE 4 0,008 Tablenu 4. Disti-ibiitioiz (les coiips de,foiidi-efi-appaiit le poste 500 kV SPF - Systèiîie de pt-otectioii coiitre la fotidre SAP - Système à protéger ADE - Aiiorçages dits alix dliii (ts d'écréiii Le tableau 5 présente les résultats de simulation Qénéraux. Le taux d'amorçage dû aux défauts d'écran est ,le e c REE Nc 4 Avril 2005 Repères FOUDRE pil i,,iiciliiii l) ii lizititutir tiilis-cit - - - - - - - - - - - - - - - - h;tmHr)Liic ! i Jchj!t\".Jc !! !!s! !t h.) Liteur [a!c !'m - - - - - - - - - - - - - - i 1 1. ;'.:. j r 2. rs r 1.1i ; · r Nri Inlay I 1 l __ ,. I 1 I . -_u ",.' " ---- {}'--D-o... : : : : : J ; ---------, : j ;. I i i 1 n I I L) hlo l' ; tro4 I"urrFrnr.,. _ tJr 11,trn4 :ei :nrtertt ; Ir3· q Imax :1 , a fl..l ; FFI niiiiy _: jl:.4j SFR'fuli_ne rnrm.tt » ï 7; SFR riCiCi-, IF. PITBV , -- '? T..ITBV 4, 1 ,,ITBV 4Cl IJ oFFI 1]00t,,,, :, [k. ".] oFR 000 :'[t, MTEi\-'153t ;:) tATEiV 4t;107 S,FR OUUi1 b SSFF : 1I00216 !..HEiV 46107 MTBV 4t;107 !ma 74 imM 74 MTBV 4&1Û.7 SSFR 00016 SSFF ! !:!H ! :) j !P. MTBV 46)0.7'MT8V'TET " T'igitre3. Systèiiie deprotectioiz du poste 275 kvde BitkitpÉirparitoiiiierres. de 0,002884 (un amorçage dû aux défauts d'écran en 346,71 années). Ce taux de retour est considéré comme un peu élevé pour ce niveau de tension. Tous les amorçages dus aux défauts d'écran se trouvent sur le côté gauche du jeu de barres, ce qui signifie ZD que le paratonnerre du côté gauche ne fournit pas une protection suffisante. Paramètre Valeur Unité TMDD (an) DFS 20 foudre/km2/an Zone de 11802 km2 simulation TDE 0,049753 DE/an 20,09 TA DE 0,002884 ADE/an 346,71 Tableau 5. Résultats de.iiiiiilatioii du poste 500 kV DFS - Densité de c-ottl) s de foit (ii-e ait sol TDE - Taux de défauts d'écran TADE - Taux d'aiîîorçtige dÛ aux défauts d'écran TMDD - Temps n2oyerv entre deux défaillances Dans la modélisation finale du système de protection du poste contre la foudre, des paratonnerres additionnels sur le côté gauche du poste peuvent être considérés. 5. Projet pilote Dans le but d'étudier la qualité des systèmes de protection contre la foudre, réalisés uniquement par des paratonnerres, un ou deux postes vont être sélectionnés et des moniteurs de coup de foudre installés sur les para- tonnerres. Les moniteurs de coup de foudre seront capables de sauvegarder le courant de foudre pour un usage ultérieur, et le temps exact de l'événement du coup de foudre. Ces données seront comparées avec les données collectées par le système de localisation de foudre de TNB. 6. Conclusion 1. Le système de protection existant de Tenaga Nasional Berhad (TNB) contre les coups de foudre directs, réalisé par l'usage de câbles de garde offre une excellente protection. En enlevant les câbles de garde diagonaux, le même niveau de protection est atteint (taux d'amorçage dû aux défauts d'écran nul). 2. En gardant à l'esprit que les câbles de garde rompus ont causé de sérieux problèmes, l'utilisation de paratonnerres comme système de protection est consi- dérée comme une alternative au système de protection existant. 3. Dans les études d'applications du paratonnerre, ceux-ci ont été installés sur les structures existantes d'ex- trémité de support des câbles de garde (câbles de garde enlevés). 4. Pour les postes 132 kV (non présentés dans cet article), les paratonnerres de 0,5 m de longueur, installés sur les structures d'extrémité de support de câbles de garde ont été suffisants pour fournir une protection acceptable. Pour les postes 275 kV, les paratonnerres de 1 m de longueur offrent une protection acceptable. REE No 4 Avril2005 Optimisation de système de protection des postes haute tension contre le coup de foudre direct - Stûk r ; u! ren) ' Siroke CuFn t'b'3 Sfroke CurrenL NQ : : :: Sroke Currenh : Im.5 ;. : 11 : : ; Irn03 : C.l 11. :, [1. ".1 : :i [1. ".] p'[16] n [1. " ] T3'-./lr'& [. ! TBV 4622 , ! ------- ! ------- ! 7 : i[) ]. L, t..HB\i 1:,4 LE. ilAI MTBV 4f ; 2:' n'l "] CéFF'rl'I'l', : H. [1. "..] SSFF : Ci .., l'.i, N,· i.... Id. 5rrr,kri u«Pnr< :. 71 T 0 11F [I..j, t [4 : 1, i 0 1 : l, : :. FF iUE : J 1 j [f. ; i.'FF iui li ; : : 1 [i. ,i F.4T ?J 1F1 1 e,[F.] PaTB S-_ l,1 l'1 1 ",, "', sl 5FR 0 5 FF C021- F [4 : :. ; P : 1T6' : : .'II !'1 \ 1 tJ. 0 \. 1'. 18 -,\ '_an u f- 7- :'III,- : : - 1F (,.,/ " ! \ ('-) 1 1{8 ;' 1 \1 JI \, I I I o-- ". " ---- 1 ( ----------- ' [] [H----'-D-'-'..,..-......-.--...-0. Q.--m.-B''' [\II' ; 1 ! nnl1CITC'.kl! \dL. : 11.11'1 " <. : < r!('11 (IL-.kll\ d, :h