Type d’Indicateur de Passage de Défauts

Actuellement, il existe de nombreux types d’IPD en service dans les réseaux de distribution. Ils peuvent être classifiés par le type du réseau surveillé (PIGEONS et LAPINS pour IPD utilisés dans les réseaux aériens et souterrains), par les variables électriques utilisées (courants de phase et résiduels...) ou par la méthode de détection (directionnelle ou non directionnelle).

Si les IPD sont classés par la méthode de détection, nous avons :

 IPD non directionnels : ils « voient » qu’il y a un courant de défaut qui circule mais ne peuvent pas déterminer la direction du défaut.

ND1 – IPD Non Directionnel détectant des défauts par les courants de phase (I) ND0 – IPD Non Directionnel détectant des défauts par le courant résiduel (Ir)

 IPD directionnels : ils peuvent voir la présence du défaut et déterminer la direction du défaut par rapport à leur position.

D1 – IPD Directionnel détectant des défauts par les courants et tensions de phase D0 – IPD Directionnel détectant des défauts par le courant et la tension résiduels

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a) IPD directionnels b) IPD non directionnels

Figure 3.3 : Signalisations des IPD directionnels (a) et non directionnels (b) 3.4.3. Détection de présence de défaut

Pour chaque type d’IPD, la détection repose sur le franchissement d’un seuil de la variable surveillée. Nous allons considérer les deux modes de franchissement de seuil suivants (Figure 3.4) :

Figure 3.4 : Principes de franchissement de seuil d’un IPD

1. Seuil sur l’amplitude : le Bloc ‘Franchissement de seuil’ est validé si la variable surveillée est supérieure à une valeur prédéterminée. Il faut donc régler cette valeur.

2. Seuil adaptatif : le Bloc ‘Franchissement de seuil’ est validé si l’écart entre deux valeurs consécutives de la variable surveillée dépasse une valeur prédéterminée. Il y a donc deux paramètres à fixer dans ce cas (dI et dt) [15].

Le dépassement du seuil d’amplitude doit être effectif pendant une durée ∆t afin d’éviter de fausses indications lors des transitoires manœuvres. Dans notre cas, ∆t est égal à 30 ms.

Nous remarquons que, dans le principe :

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- les IPD ND1 et D1 peuvent détecter les défauts entre phases et les défauts monophasés si le courant de phase est important (neutre impédant et neutre direct)

- les IPD ND0 et D0 ne détectent que le défaut-terre.

Tableau 3.2 : Capacité de détection des défauts par les IPD

IPD Paramètres

d’entée

Défauts entre phase Défaut à terre Neutre impédant Neutre

compensé

ND1-D1 Courant de phase Oui Oui Non

ND0 Courant résiduel Non Oui Non

D0 Courant résiduel Non oui Oui

3.4.4. Avantages, inconvénients et limites des IPD

Le principal avantage des IPD est leur coût relativement faible. Ils peuvent être installés en grand nombre sur les réseaux HTA. Les limites intrinsèques des détecteurs de défaut actuels et ce, quelle que soit leur génération, sont liées essentiellement à la qualité des capteurs qu’ils utilisent. Pour des questions de coût et de possibilités de raccordement, on utilise des capteurs très simples et forcément peu performants en termes de précision.

Une autre limite extrinsèque des détecteurs de défaut actuels est liée à l’apparition sur les réseaux HTA de production décentralisée. En effet, la présence des producteurs risque, dans une mesure non connue à ce jour, de perturber la détection des défauts polyphasés par les détecteurs utilisant les courants de phase. Par contre, la production décentralisée ne devrait pas perturber outre mesure la détection des défauts monophasés terre. L’inconvénient principal est que ces appareils ne sont pas toujours fiables et nécessitent un entretien régulier coûteux.

3.4.5. Localisation des défauts à l’aide des IPD

Comme nous l’avons présenté dans les généralités (3.1.), les IPD peuvent être utilisés pour améliorer la localisation de défaut. Dans la méthode de calcul de la distance de défaut (3.3.2.)), les indications des IPD facilitent la détermination de la zone de défaut, en particulier dans le cas d’un réseau ayant beaucoup des départs et bifurcations. Notre

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recherche vise surtout à l’utilisation des IPD pour la méthode de reconfiguration du réseau (3.3.1.)), à l’heure actuelle utilisée par le service de dépannage de la SBEE.

Les parties suivantes expliquent la détermination de la zone en défaut par les signalisations des IPD et la procédure de localisation et de reprise de service pour laquelle la présence des IPD aide la méthode de reconfiguration du réseau.

3.4.5.1. Signalisations fournies par les IPD

Les détecteurs de défauts indiquent à l’exploitant et au chargé de conduite du réseau la position du défaut par rapport à son implantation [15]:

 Pour les défauts polyphasés

L’IPD utilisé est non directionnel. Il indique, quelle que soit sa génération, si le défaut est en aval de sa position par rapport au poste source qui «alimente » le départ en défaut.

La figure 3.5 illustre ce principe.

Figure 3.5 : Signalisations des IPD non directionnels lors d’un défaut polyphasé Les IPD 1,2 et 3 signaleront que le défaut est en aval de leur position par rapport au poste source. L’exploitant saura que le défaut se situe entre le «dernier » IPD ayant «vu

» le défaut c'est-à-dire celui qui est allumé (IPD 3) et les premiers n’ayant pas « vu » le défaut c'est-à-dire celui qui est éteint (IPD 8).

 Pour les défauts monophasés

L’indication de la position dépend du type de détecteur :

Avec l’IPD non directionnel, le principe de signalisation est strictement identique à celui décrit pour les défauts polyphasés ci-dessus.

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L’IPD directionnel indiquera la position du défaut « à droite » ou « à gauche » de sa position et ceci indépendamment de la position du poste source.

Figure 3.6: Signalisation des IPD directionnels lors d’un défaut monophasé-terre Pour ces IPD, les signalisations seront identiques, quelle que soit la position du poste source sur ce schéma.

Les IPD 1, 2, 3, 4 et 6 signaleront par exemple la direction dans lequel se trouve le défaut. Dans ce cas, l’exploitant saura que le défaut se situe entre les IPD 2,3 et 6. Il est possible que les IPD 7 et 8 ne fournissent aucune signalisation : ils signaleront la position du défaut si le courant capacitif homopolaire situé en aval de leur position est suffisant.

Pour les réseau souterrains, une fois le tronçon du réseau en défaut connu, l’exploitant peut utiliser l’appareil électrique permettant de détecter les défauts dans les câbles (échomètre) pour localiser précisément l’endroit du défaut. Le principe de fonctionnement est le suivant : l’appareil longe le tronçon en défaut, au fur et à mesure qu’il s’approche de l’endroit du défaut, le son du speaker devient important, au lieu du défaut, le son du speaker est maximal.

3.4.5.2. Localisation de défaut et reprise de service

Lors d’un défaut dans le réseau, différentes actions sont menées [16] :

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Figure 3.7 : Schéma général du processus de la localisation de défaut et de reprise de service

Les différentes étapes à suivre depuis l’apparition d’un défaut jusqu’à la reprise normale de service sont :

 la détection du défaut par les protections et le déclenchement du disjoncteur de départ ou du disjoncteur réenclencheur de réseau.

 la recherche de la zone en défaut par l’analyse des informations fournies par les IPD par les chargés de conduite.

 les manœuvres de localisation de défaut, qui consistent à réduire la section incriminée (zone délimitée par les organes de coupure et IPD) afin d’isoler plus finement le défaut. Ceci s’effectue en isolant certaines sections du départ puis en

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rétablissant l’alimentation du départ pour déterminer si le défaut est ou non dans la section isolée.

 les manœuvres de reprise de service qui consistent à réalimenter les zones saines du réseau, soit par l’alimentation principale (chemin d’origine) soit par les secours du départ.

 une fois la section en défaut isolée du reste du départ, une équipe de maintenance se charge de la réparation de l’ouvrage.

 lorsque l’ouvrage est réparé, les secours sont ouverts puis les interrupteurs fermés pour revenir ainsi à la configuration initiale du réseau

Le réseau subit plusieurs changements de configurations (provoqués par les manœuvres des appareils de coupures du réseau) pendant lesquelles certaines charges vont être privées d’alimentation. Les coupures ainsi occasionnées sont dépendantes de la nature du défaut, sa localisation dans le réseau, du temps d’accès aux informations sur le réseau et du temps de manœuvre des appareils de coupures.

3.5. Analyse de la robustesse du diagnostic avec IPD

Les IPD sont actuellement installés en grand nombre dans la plupart des réseaux HTA modernes, dans les rues ou sur des supports en pleine nature. Ils sont soumis au vandalisme, même si de gros efforts ont été faits pour les rendre plus robustes. D’autre part, pour fonctionner correctement, ils doivent être installés suivant des règles précises.

Pourtant, ils le sont souvent par l’entreprise qui construit le réseau, sans contrôle. Enfin, dans la réalité, il y a peu d’entretien de ces appareils.

Tout ceci fait qu’il n’est pas certain que tous les IPD dans un réseau fonctionnent et fonctionnent correctement lors du défaut. Notre objectif dans cette partie est d’analyser la probabilité de localisation de la section en défaut avec une ou quelques indications incorrectes des IPD.

3.5.1. Développements préliminaires Nous considérons les deux cas suivants :

 les IPD ne fonctionnent plus (indication toujours à 0). Le paramètre α caractérise le taux de fonctionnement.

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 les IPD fonctionnent mais donnent des indications incorrectes (pour le sens du défaut ou la présence du défaut). Le paramètre β caractérise le taux de fonctionnement correct.

Nous avons pris comme départ d’étude, le départ Cotonou 4. Nous avons divisé ce départ en sections numérotés de 1 à 11 (en noir sur la Figure 3.8) et limitées par les IPD (en vert sur la Figure 3.8). En cas de défaut, supposé détecter de manière certaine par l’ouverture du disjoncteur de départ, nous allons déterminer la section ayant la probabilité la plus grande de contenir le défaut, compte tenu de la réponse, fournie par l’ensemble des IPD, laquelle peut être partiellement erronée.

Figure 3.8 : Sections limitées par IPD sur le départ Cotonou 4

 Rappels théoriques Nous notons :

 P (Si/Rj) la probabilité que la section i soit en défaut sachant que la réponse des IPD est Rj. C’est la probabilité que nous voulons connaître.

 P (Rj/Si) la probabilité que la réponse des IPD soit Rj sachant que la section i est en défaut

 P (Si, Rj) la probabilité conjointe que la section i soit en défaut et que la réponse des IPD soit Rj

 P (Si) la probabilité que la section i soit en défaut. Dans la suite, on considèrera que cette probabilité est indépendante de la section : P(Si) = 1/NS pour tout i (NS est le nombre de section (10 en l’occurrence)).

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D’après la règle fondamentale du calcul des probabilités : Par ailleurs,

 

^

_ 

,



^

_ 

_j / _i



. ( _i) Pour obtenir les probabilités ci-dessus, nous avons besoin des données suivantes:

 matrices des réponses idéales des IPD suivant la nature des IPD et la section en défaut ;

 matrices de probabilités conditionnelles P (réponse réelle / réponse idéale) des IPD ;

 tableau des probabilités P (Si).

3.5.2 Matrices de probabilités conditionnelles P (réponse réelle / réponse idéale) des IPD

3.5.2.1. IPD non directionnel

Nous distinguons deux états de signalisation des IPD : 0 (éteint) et 1 (allumé). Le Tableau 3.3 présente les différentes situations de fonctionnement des IPD et la probabilité de la réponse correspondante.

Tableau 3.3 : Différentes situations de fonctionnement des IPD et la probabilité

En conséquence, les probabilités conditionnelles P(réponse réelle / réponse idéale) sont données par la matrice suivante (Tableau 3.4).

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Tableau 3.4 : Probabilité de chaque cas de comparaison de l’IPD ‘j’

Etat de signalisation de l’IDP j idéale

0 1

réelle

0 1_j _j._j 1_j _j(1_j) 1 j



1j



_j._j

3.5.2.2. IPD directionnel

Nous distinguons trois états de signalisation des IPD :

0 (éteint), -1 (allumé – défaut en amont de l’IPD), 1 (allumé – défaut en aval de l’IPD).

Le Tableau 3.5 présente les différentes situations de fonctionnement des IPD et la probabilité correspondante.

Tableau 3.5 : Différentes situations de fonctionnement des IPD et la probabilité correspondante

Signalisation d’IPD 0 1 -1

L’IPD ne fonctionne pas 1



^{0 0}

L’IPD fonctionne

Défaut en aval d’IPD 1/2  1/2

Défaut en amont d’IPD 1/2 1/2 

Pas de défaut ^ 1/2 1/2

En conséquence, les probabilités conditionnelles P(réponse réelle / réponse idéale) sont données par la matrice suivante (Tableau 3.6).

Tableau 3.6 : Probabilité de chaque cas de comparaison de l’IPD ‘j’

Etat de signalisation de l’IDP j

idéale

0 1 -1

réelle

0 1j j.j 1_j _j(1_j)/2 1_j _j(1_j)/2 1 j



¹j



^/2 _j._j j



¹j



^/2

-1 j



¹j



^/2 j



¹j



^/2 _j._j

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3.5.2.3. Généralisation

Un coefficient ‘kj’ fonction du type d’IPD est introduit (kj = 1 pour IPD non directionnel et k j = 2 pour IPD directionnel).

Les probabilités conditionnelles P(réponse réelle / réponse idéale) sont données par la matrice générale suivante (Tableau 3.7).

Tableau 3.7 : Probabilité de chaque cas de comparaison de l’IPD ‘j’

Etat de signalisation de l’IDP j

idéale

0 1 -1

réelle 0 ^{j j j}





 .

1  1_j _j(1_j)/k_j 1_j _j(1_j)/2 1 j



1j



/kj _j._j _j



1_j



/2

-1 j



¹j



^/2 j



¹j



^/2 _j._j

 Application

Dans ce paragraphe, nous avons analysé la capacité de détermination de la section en défaut lorsque des IPD fonctionnent correctement ou ne fonctionnent pas correctement par des calculs de probabilité. Le départ utilisé est présenté dans la Figure 3.8 avec les IPD et les sections numérotées. Les valeurs de fiabilité sont identiques pour tous les IPD dans le départ : α = 0.95 et β = 0.95.

Il n’y a que des IPD non directionnels utilisés dans ce départ. Le tableau 3.8 ci-dessous présente la matrice des réponses idéales des IPD en fonction de la section dans laquelle se produit le défaut.

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Tableau 3.8 : Matrice des réponses idéales des IPD non directionnels IPD

A titre d’illustration, nous considérons les deux réponses suivantes :

R=R5= [1 1 1 1 0 0 0 0 0 0] (réponse correspondant au défaut dans la section 5 si tous les IPD fonctionnent correctement et au défaut dans la section 6 si l’IPD 5 ne fonctionne pas ou fonctionne mais incorrectement).

Les probabilités conditionnelles P (R5/Si) pour i =1,10 sont résumées dans le Tableau 3.9 et calculées à partir des expressions du Tableau 3.4.

A titre d’illustration :

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Tableau 3.9 :

^P  ^R

₅

^{/ S}

_i



 R

₅

/ S

₁



P P  R

₅

/ S

₂

 P  R

₅

/ S

₃

 P  R

₅

/ S

₄

 P  R

₅

/ S

₅



3,8E-6 7,22E-5 1,37E-3 0,026 0,4954

 ^R

₅

^{/ S}

₆



P ^P  ^R

₅

^{/ S}

₇

 ^P  ^R

₅

^{/ S}

₈

 ^P  ^R

₅

^{/ S}

₉

 ^P  ^R

₅

^{/ S}

₁₀



0,05 7,39E-6 7,39E-7 1,40E-4 1,43E-5

En conséquence, la probabilité d’apparition de cette réponse est P (R5) = 0,5730

Le Tableau 3.10 récapitule les probabilités de localisation du défaut, sachant que l’on a cette réponse (P (Si/R5)). Elles sont classées par ordre décroissant.

Tableau 3.10 :

^P  ^S

_i

^{/ R}

₅



5 6 4 3 9

0,8645 0,08726 0,045 2,39E-3 2,4432E-4

2 10 7 1 8

1,260E-4 2,4956E-5 1,2792E-5 6,63E-6 1,3196E-6

Le tableau montre que la probabilité que le défaut se situe dans la section 5 sachant que l’on a la réponse correspondante (R5) est de loin la plus importante (86,45%). La probabilité que le défaut se situe dans la section 6 (deuxième possibilité en termes de probabilité) est d’un ordre de grandeur inférieur (8,72%).

R = [1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0]

Remarque : en cas de défaut effectif dans la section 5, cette réponse correspond à un non fonctionnement de l’IPD 2. Il faut noter par ailleurs qu’elle ne correspond à aucune combinaison théoriquement possible.

La probabilité d’obtention d’une telle réponse est d’un ordre de grandeur plus faible (0,06362) que celle de la réponse R5.

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Le résultat d’analyse est présenté dans le Tableau 3.11. Pour les premières sections, le classement des sections et l’ordre de grandeur des probabilités sont identiques au cas précédent.

Tableau 3.11 : P (Si/[1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0])

5 6 4 2 3

0,8412 0,08597 0,04416 0,02263 2,3263E-3

7 1 8 9 10

2,3263E-3 1,1973E-3 2,37342E-4 2,3734E-4 2,4363E-5

Pour cette réponse, la section 5 est toujours déterminée comme section en défaut avec une probabilité similaire à la précédente (84,12%).

En généralisant l’analyse, nous constatons que la probabilité de trouver la section en défaut est d’autant plus importante que les IPD fonctionnant correctement sont proches de la zone en défaut.

3.6. Choix des IPD pour la localisation des défauts dans le réseau de distribution HTA de Cotonou Est

Fournir une alimentation continue et diminuer le temps des interventions sur le réseau sont les préoccupations majeures de la SBEE. Pour cela, augmenter la rapidité et la précision de localisation du défaut constitue un des objectifs d’une politique de modernisation des réseaux de distribution de la SBEE en particulier celui de Cotonou Est. L’utilisation des détecteurs de défauts ou IPD dans les réseaux, fiables et économiques, est l’un des principaux moyens pour assurer la réussite d’une telle politique.

Plusieurs gammes de détecteurs de défauts existent aujourd’hui sur le marché des équipements électriques. Notre choix s’est porté sur les indicateurs de défaut de type Easergy Flair pour les réseaux souterrains et Easergy Flite pour les réseaux aériens, tous deux produits de Schneider Electric.

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Easergy Flair et Easergy Flite font partie d’une nouvelle gamme d’indicateurs de passage de défaut avec des dimensions particulièrement compactes et performants. Ce sont des détecteurs directionnels des défauts phase-terre et phase-phase.

Nous présentons ci-dessous le principe de détection et de localisation des défauts de ces indicateurs de défaut ainsi que leurs caractéristiques.

 Principe de détection [13]

Le principe de détection des Flair 310 et Flite 315 est basé sur l’observation des valeurs transitoires, de la tension résiduelle Vr (Vr = 3 V0) et du courant résiduel Ir (Ir = 3 I0), dans les premières minutes après l’apparition du défaut.

Figure 3.9 : Principe de détection de Flair 310 et Flite 315 La séquence de détection est la suivante :

 lors de l’apparition du défaut terre, le sens du défaut est déterminé par le déphasage entre Vr et Ir ;

 le défaut est confirmé si Vr est toujours présent à la fin d’une temporisation configurable (valeur par défaut 50 ms). Il y a alors indication d’un défaut transitoire (compteur de défaut et optionnellement contact de sortie) ;

 le défaut sera considéré comme défaut permanent (ouverture de la protection ou exploitation à défaut maintenu) après les éventuels cycles de réenclenchement avant d’activer l’indication de défaut permanent (signalisation lumineuse et contact de sortie).

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 Caractéristiques de Flaire 310 et Flite 315 [13], [14]

Tableau 3.12 : Caractéristiques des indicateurs de défaut Flair 310 & Flite 315 Caractéristiques Flair 310 Flite 315

Application

Type de réseau Souterrain Aérien

Tension de réseau (kV) 10 à 20 5 à 25

Fréquence (Hz) 50

Neutre Compensé-isolé-impédant

Type d’alimentation Pile Lithuim (7ans) Détection des défauts phase-terre

Seuil détection courant résiduel (A) 40

Seuil détection tension résiduelle (kV) 0,3 Un (= 4,5 kVeff pour 15 kV) Tension résiduelle requise pour

confirmation du défaut

0,18 Un (=2,7 kVeff pour 15kV) Durée minimale de la tension résiduelle

efficace (ms)

50* à 500 Courant capacitif total minimum requis

(A)

50 Courant capacitif minimum pour une

signalisation en aval du défaut (A)

30

Signalisation lumineuse Rouge : défaut terre vers le câble Vert : défaut terre vers le jeu de barres Détection des défauts phase terre doubles

Seuil de déclenchement (A) 100,120, 140, 160*, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300.

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Temps de prise en compte (ms) 50, 60, 70*, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 250, 300, 350, 400,

450, 500.

Caractéristiques Flair 310 Flite 315 Signalisation lumineuse Alterné Rouge/vert

Détection des défauts polyphasés

Seuil de déclenchement (A) 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500*

Temps de prise en compte (ms) 50, 60, 70*, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 250, 300, 350, 400,

450, 500.

Signalisation lumineuse Alterné Rouge/vert Temporisations

Avant signalisation des défauts transitoires

(compteur et contact de sortie) (s)

1,1

Avant signalisation des défauts permanents (signalisation lumineuse et

contact de sortie) (s) Off-10-40-70*-120-140 Durée de présence tension requise

avant toute détection (restriction de

courant d’appel) (s) 5

Remise à zéro de la signalisation Par retour de la tension sans défaut

pour une durée de (s)

5 (peut-être désactivé) Après une temporisation configurable

(h)

2, 4*, 6, 8, 12, 16

Manuellement A l’aide d’un aimant

Contact sec de sortie

Pouvoir de coupure 8A/250 Vac ; 5A/30 Vdc

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