Comprendre les Surtensions dans les Réseaux Électriques : Causes et Impacts

Dans cet article, nous abordons les surtensions et leurs causes. De nombreuses sources sont concernées : générateurs, transformateurs, lignes de transport. Causes : foudre, ouverture de disjoncteurs, mise à la terre d'un conducteur, etc. Ces surtensions ne sont pas toujours de grande magnitude mais peuvent perturber les systèmes de protection ou appareils connectés. Les ingénieurs cherchent toujours à limiter et contrôler leurs effets.

Ces transitoires ou surtensions sont temporaires et de courte durée (quelques centaines de µs) mais causent des surtensions sur le réseau. Ils proviennent de manœuvres de commutation, mais les plus importants sont ceux générés par les coups de foudre directs sur les lignes. Quand la foudre frappe une ligne, la onde de choc se propage et inonde le système de tensions massives capables d'endommager tous les appareils de protection et électriques.

La figure montre la forme d'onde de la surtension de foudre. Tension en abscisse, temps en ordonnée. Montée très raide (front d'onde) en 1-5 µS. La descente (queue d'onde) est plus lente.

Causes des surtensions

Deux grandes catégories :

A) Causes internes   B) Causes externes

Les causes internes ne produisent pas de surtensions de grande magnitude. L'expérience montre qu'elles n'élèvent la tension qu'au double de la normale.

• Surtensions de manœuvre : Dues aux opérations de commutation. 1) Ligne non chargée connectée à la source. 2) Ligne chargée connectée. 3) Coupure brutale d'une charge → transitoires de tension. 4) Cause majeure : « current chopping » (coupure de courant) dans disjoncteurs à air comprimé → forts transitoires aux contacts.
• Défaut d'isolement : Principal cas : mise à la terre d'un conducteur. Si un conducteur se met à la terre au milieu, tensions négatives se propagent des deux côtés.
• Arc à la terre (Arching ground) : Arc intermittent dans un défaut phase-terre d'un système triphasé, produisant des transitoires cumulatifs, dangereux, pouvant causer rupture d'isolement. Prévention : mise à la terre du neutre.
• Résonance : Réactance inductive = réactance capacitive. Impédance = résistance, facteur de puissance = 1. Provoque des surtensions sur les lignes.
• Cause externe : La foudre uniquement. Définie précédemment. Ser traitée en détail dans le prochain article.