L'analyse des données est l'étape ultime dans une synchronisation.

La personne qualifiée doit être dotée d'une grande expérience, et de l'équipement synchronisé et de celui synchronisant, ainsi que des exigences du réseau.

Elle doit posséder un esprit d'analyse assez développé pour arriver à des conclusions assez précises, car les conséquences peuvent être coûteuses autant sur le plan économique que sur le plan de sécurité.

Elle doit, avant tout, distinguer l'importance des temps recherchés et les conséquences des non-conformités.

Alors que les normes internationales définissent la signification des temps de fonctionnement, l'utilisateur détermine la valeur des temps exigée pour son réseau et le concepteur détermine les valeurs qui caractérisent le disjoncteur.
 

 4.1  La charte de synchronisation

Le concepteur doit tenir compte de ces facteurs lors de la conception du disjoncteur. Il établit des temps de références avec des tolérances bien déterminées qu'on appelle la charte de synchronisation.

Le concepteur doit tenir compte de ces facteurs lors de la conception du disjoncteur. Il établit des temps de références avec des tolérances bien déterminées qu'on appelle la charte de synchronisation.

La charte de synchronisation contient les temps de référence de tous les cycles d'opération exigés du disjoncteur. En plus de ces temps le concepteur peut ajouter d'autres temps qu'il considère importants pour le bon fonctionnement du disjoncteur ou de ses sous-ensembles.
 

 4.2  La Priorité des temps

Suite à l'analyse des temps de fonctionnement du disjoncteur, des décisions importantes seront prises :

1. Mettre le disjoncteur en service,
2. Arrêter la mise en service et entreprendre des travaux plus ou moins complexes pour corriger une situation.

Dans le premier cas, les dangers de mise en service d'un appareil non conforme sont innombrables, pouvant aller jusqu'à la destruction de l'appareil et la mise en danger du personnel travaillant aux alentours.

Dans le deuxième cas, les pertes économiques peuvent être considérables en coût d'entretien inutile et manque de temps d'exploitation.

La bonne lecture des temps et la distinction de leur priorité sont donc essentielles.
 

 4.2.1  Niveau de priorité des temps de fonctionnement

Il reste, pour toute analyse réussie, à déterminer les priorités. Les niveaux de priorité peuvent être cités du plus prioritaire au moins prioritaire comme suit :
 

 4.2.1.1  Temps d'ouverture

Réduire la durée des courts-circuits sur les lignes à haute tension a toujours été un objectif permanent.

Le principal avantage est l'augmentation de la puissance transportée car la puissance limite de stabilité croît lorsque la durée d'élimination des défauts diminue.

L'utilisateur spécifie le temps de coupure, par exemple 2 cycles.

Le temps de coupure est compté depuis l'initiation de l'ordre d'ouverture jusqu'à la coupure du courant, c'est à dire l'extinction totale de l'arc électrique.

Le temps de coupure est égal à ce moment, au temps d'ouverture mécanique (temps de synchronisation) plus le temps d'arc résultant du courant coupé.

Pour un réseau à 60 Hz, 2 cycles équivalent à 2/60 = 0.03334 s = 33.34 ms (ms = millisecondes).

Etant donné que les essais de synchronisation sont effectués à vide le temps d'arc n'est pas mesurable lors de ces essais.

Le temps d'arc dépend de plusieurs facteurs comme le niveau de tension, le milieu de coupure, les techniques de coupure, etc.

Il est déterminé lors des essais types du disjoncteur, ce qui permet d'ajuster le temps d'ouverture mécanique de façon à obtenir le temps de coupure demandé.

Le temps d'ouverture est alors, avant tout, un temps exigé par l'utilisateur du disjoncteur que le fabriquant s'est engagé à respecter. Mais un temps d'ouverture non conforme peut engendrer des risques importants dont la nature diffère autant pour un temps plus long que pour un temps plus court.
 

 4.2.1.2  Un temps d'ouverture plus long

Les dangers qu'engendre un temps de coupure trop long sont innombrables. Ils peuvent aller d'une simple anomalie dans le circuit de commande basse tension à un véritable problème de coupure du courant principal.

L'analyse devra se faire avec soin en examinant tous les détails pour arriver à une certitude. Les caractéristiques propres du disjoncteur jouent un rôle important. Citer tous les cas probables serait impossible.

Pour les disjoncteurs en général, indépendamment du type, ceci peut signifier une vitesse de fonctionnement plus lente, le temps d'arc sera trop long et l'usure des contacts sera prématurée.

Pour les disjoncteurs de condensateurs et des lignes à vide, les réamorçages à la coupure des courants capacitifs sont à l'origine des surtensions qui dans certains cas peuvent engendrer ce qu'on appelle le défaut évolutif ou consécutif.

Il s'agit d'un court-circuit phase terre, consécutif à l'ouverture d'un disjoncteur, sur un circuit à faible intensité : transformateur à vide, ligne à vide ou charge capacitive, et provoqué par la surtension de coupure.

Le disjoncteur qui coupait un courant de faible intensité voit son courant devenir le plein courant de court-circuit de réseau source. Certains types de disjoncteurs n'ont pas la faculté de corriger ce type de défaut.

Les surtensions peuvent être réduites, même éliminées avec des disjoncteurs à grande vitesse de déclenchement.

Conclusion:

La décroissance de ces vitesses peut compromettre le fonctionnement du disjoncteur, et possiblement, perturber le fonctionnement du réseau électrique, sans mentionner le risque du défaut évolutif.
 

 4.2.1.3  Un temps de coupure plus court

Lors d'un court-circuit, le courant alternatif nominal circulant dans un circuit voit son intensité brusquement se multiplier plusieurs fois. Ce nouveau courant qui est de même nature et de même fréquence, est appelé le courant de court-circuit symétrique.

Figura 4.2.1.3a - Courant de court-circuit

Dû à la nature inductive du réseau électrique, une composante continue qui correspond à la charge résiduelle emmagasinée dans le circuit vient s'ajouter à la valeur du courant de court-circuit. Cette composante est appelée la composante asymétrique du courant de court-circuit.

Au début de son apparition cette valeur est égale à la valeur instantanée du courant symétrique du court circuit au point de court-circuit, et par la suite elle suivra une courbe exponentielle décroissante amortie dont la vitesse dépend de la constante de temps du circuit.

Le pouvoir de coupure nominal en court-circuit est le courant de court-circuit le plus élevé qu'un disjoncteur peut couper sous sa tension nominale.

Le disjoncteur doit pouvoir couper, sous sa tension nominale, tous les courants inférieurs à son pouvoir de coupure, que le régime du courant soit symétrique ou asymétrique. (voir figure 4.2.1.3a)

Dans ce dernier cas (asymétrique), la composante apériodique peut prendre toutes les valeurs inférieures à une valeur spécifiée.

En observant la courbe de la figure 4.2.1.3b, on remarque que la composante asymétrique est fonction du temps de coupure du disjoncteur.

Figura 4.2.1.3b - Pourcentage de la composante apériodique en fonction du temps

Plus le disjoncteur est rapide, plus la composante apériodique est grande. Si le disjoncteur est trop rapide, il risque d'obtenir une valeur asymétrique supérieure à la valeur spécifiée et la coupure n'est plus garantie.

La courbe de la figure 4.2.1.3b donne la valeur nominale de la composante apériodique en fonction de la durée d'ouverture du disjoncteur. Cette courbe correspond à un amortissement de 20 % par centième de seconde.

Conclusion:

Il ne faut pas que le temps d'ouverture soit plus petit que la valeur de référence, faute de quoi la composante apériodique sera plus élevée que la limite de coupure garantie.
 

 4.2.2  Simultanéité des contacts

Le disjoncteur haute tension est un appareil triphasé. Il possède un contact au moins par phase et, selon la tension de service, plusieurs contacts par phase allants jusqu'à 12 contacts par phase pour certains disjoncteurs à l'air et pour une tension de 765 KV.

Il est crucial pour le bon fonctionnement du disjoncteur et du réseau qu'il sert, que tous ces contacts opèrent simultanément, ou par défaut que la non-simultanéité des contacts soit inférieure à une certaine limite prédéterminée par l'utilisateur, ou par défaut, les normes internationales.

La non-simultanéité des contacts se divise alors en deux groupes :

1. La non-simultanéité des contacts entre pôles,

2. La non-simultanéité entre contacts du même pôle.

 4.2.2.1  Non-simultanéité entre pôles

A l'Ouverture:

Selon la définition du temps d'ouverture de la norme CEI 56 (parag.3.3.1) la phase est considérée ouverte lors de l'ouverture du premier contact du pôle.

Le plus grand écart mesuré ne devra pas dépasser une limite maximale prédéterminée, soit par l'utilisateur ou le concepteur ou un accord entre les deux.

Conséquence de la non-conformité :

La séparation des contacts des pôles d'un appareil tripolaire doit être simultanée pour éviter une augmentation de la tension de rétablissement qui, sans cela, atteindrait sur le premier pôle le double de la valeur normale, et pourrait provoquer des réamorçages. Il est souhaitable que le défaut de synchronisation soit inférieur au 1/6 de période.

A la Fermeture:

Selon la définition du temps de fermeture de la norme CEI 56 (parag.3.3.2) la phase est considérée fermée lors de la fermeture du dernier contact du pôle.

Le plus grand écart mesuré ne devra pas dépasser une limite maximale prédéterminée, soit par l'utilisateur ou le concepteur ou un accord entre les deux.

Conséquence de la non-conformité :

La mise sous tension brusque d'un circuit est toujours accompagnée d'une surtension dont l'amplitude reste en général modérée sauf s'il s'agit de l'enclenchement ou de réenclenchement de longues lignes à vide.

Lorsqu'une ligne est branchée sur un réseau mis sous tension, une onde de tension est imposée à la ligne. L'onde imposée est réfléchie à l'extrémité de la ligne et lorsque la ligne est ouverte à l'extrémité, l'onde réfléchie retourne avec le double de l'amplitude.

On obtient une tension encore plus élevée lorsque la ligne a une charge enfermée avant d'être mise sous tension et que le disjoncteur se ferme à un instant où la polarité de la tension du réseau est opposée à celle de la tension qui était présente sur la ligne.

La tension sur la ligne peut alors, après réflexion de l'onde, être trois fois la tension du réseau. Cette situation peut se produire conjointement avec la refermeture rapide d'une ligne.

On peut même rencontrer des surtensions encore plus élevées sur une ligne triphasée, lorsque les trois pôles du disjoncteur ne se ferment pas simultanément.

Une onde sur une phase produira ainsi des ondes induites sur les autres phases et, dans des circonstances non favorables, ceci provoquera une croissance accrue de la tension sur une autre phase.

A noter que pour les réseaux de tension nominale 500 KV et au-dessus, l'isolement des lignes est déterminé par les surtensions des manœuvres.
 

 4.2.2.2  Non-simultanéité entre contacts du même pôle

Lorsque le disjoncteur possède plusieurs contacts dans un même pôle, des condensateurs sont ajoutés en parallèle avec chaque contact pour répartir la tension de façon adéquate afin de prolonger leurs durées de vie, d'où le nom de condensateurs de répartition.

D'une façon générale à l'ouverture, les contacts les plus rapides auront la durée de l'arc la plus longue, donc une usure plus rapide que les autres contacts.

Si les contacts ne sont pas simultanés, le contact le moins rapide à la fermeture et le plus rapide à l'ouverture occasionneront des chocs de tension plus sévères et de plus longue durée à leurs condensateurs de répartition correspondants, ce qui affecte la durée de vie de ces condensateurs, et provoque par la suite l'usure prononcée des contacts.
 

 4.2.3  Temps de fermeture

Pour vaincre les efforts qui s'opposent au mouvement des contacts mobiles des appareils lors de leur fermeture, spécialement en cas de court-circuit, il est nécessaire d'exercer sur ces contacts mobiles des efforts importants.

Par ailleurs, la plus ou moins grande vitesse de fermeture d'un appareil peut modifier considérablement les effets de détérioration des contacts pendant la fermeture.

Les garanties relatives au pouvoir de fermeture d'un appareil ne sont donc valables que si les temps de fermeture sont respectés dans les tolérances permises.

Ces temps sont généralement fournis par le concepteur du disjoncteur.
 

 4.2.4  Les cycles de manœuvres

Une séquence de manœuvres de disjoncteur est une succession de manœuvres spécifiées à des intervalles de temps spécifiés.

La séquence la plus souvent prise en considération correspond à la formule suivante:

O -> T -> CO -> T' -> CO

O: Opération d'ouverture

FO: Opération de fermeture suivi immédiatement d'une opération d'ouverture

T: Égal à 0.3 seconde ou 3 minutes selon que le disjoncteur est prévu ou non pour la refermeture rapide.

T': Égal à 3 minutes.
 

 4.2.4.1  Cycle FO, temps de court circuit

C'est pour connaître le comportement du disjoncteur lors de l'opération probable de fermeture sur un court-circuit qu'on effectue un cycle FO. En réalité, le disjoncteur ferme en premier, les relais de protection détectent le court-circuit et envoient par la suite la commande d'ouverture.

Lors de la synchronisation à vide, on programme l'appareil de synchronisation de façon à provoquer l'ouverture instantanément après la fermeture et obtenir par la suite le temps de court circuit minimal du disjoncteur.

Ce temps est comparé à un temps de référence fourni généralement par le concepteur du disjoncteur.
 

 4.2.4.2  Cycle OFO, temps d'isolement

L'expérience montre qu'un grand nombre de courts-circuits qui provoquent l'ouverture automatique des disjoncteurs sont fugitifs.

C'est à dire qu'après l'ouverture du circuit par le disjoncteur, la cause du court-circuit a disparu ; il est alors possible de refermer le disjoncteur sans provoquer un nouveau déclenchement.

C'est le cas particulier des courts-circuits provoqués par la foudre, par une chute d'une branche sur une ligne aérienne ou encore par un oiseau.

La refermeture automatique des disjoncteurs a pour but de réduire la durée des interruptions de service, provoquées par de tels courts-circuits.

Il y a intérêt, naturellement, à ce que cette durée d'interruption de service soit aussi courte que possible.

Cependant, la partie du réseau sur laquelle s'est produit le défaut doit rester hors tension pendant un temps suffisant pour donner la chance au défaut pour disparaître.

En effet, les défauts fugitifs se traduisent par des arcs; une fois coupé, le courant alimentant cet arc, il faut attendre un temps suffisamment long avant de renvoyer la tension, pour que le plasma de l'arc soit désionisé et qu'un nouvel amorçage ne puisse se produire.

Cela nécessite, en général, un délai d'autant plus grand que la tension du réseau est plus élevée (de l'ordre de quelques dixièmes de seconde).

De plus, si, à la fermeture, il se produit un nouveau déclenchement sur défaut, le disjoncteur aura à couper le courant de court-circuit une seconde fois; il est donc nécessaire qu'il y ait, entre ces deux coupures, un temps suffisant pour que le disjoncteur puisse régénérer son milieu de coupure et retrouver la possibilité d'effectuer correctement une deuxième coupure.

Réseaux de haute tension de transport et d'interconnexion

La refermeture automatique a pour but d'éviter les décrochages entre deux sources interconnectées.

En effet, lorsque les disjoncteurs d'une ligne d'interconnexion entre deux réseaux déclenchent, il y a rapidement perte de synchronisme si cette ligne est seule à assurer l'interconnexion.

Si, en parallèle, fonctionne une autre ligne, celle-ci risque de se déclencher à son tour par surcharge dûe au report de charge, ce qui alors entraîne la perte de synchronisme.

On peut éviter ces pertes de synchronisme, lorsque les défauts sont fugitifs, en refermant rapidement les disjoncteurs avant que le déphasage n'ait pris trop grande valeur.

Si le déclenchement est triphasé, le temps de refermeture doit être très court, de l'ordre de 0.3 secondes. Avec un temps plus long, il y a risque de refermer sur une discordance de phases.

Lors de la synchronisation le test du O-0.3s-FO a pour but de vérifier le comportement du disjoncteur dans ce cas particulier de fonctionnement du disjoncteur.

Ce délai de 0.3 s est obtenu par la programmation de l'appareil de synchronisation. Il ne faut pas confondre ce temps avec le temps de certains dispositifs de retard qui équipent certains types de disjoncteurs même si ces temps sont de durées comparables.