Les protections des réseaux électriques contre les courts circuits

La question de l’élimination des courts-circuits (appelés souvent « défauts » par les exploitants de réseaux électriques) se pose depuis le début de l’utilisation de l’électricité.

Un court-circuit provoque habituellement une augmentation du courant électrique, (jusqu’à plusieurs dizaines de milliers d’ampères) ainsi qu’une baisse de la tension. S’il n’est pas éliminé rapidement, les effets thermiques et mécaniques de la surintensité, éventuellement de l’arc électrique et de la chute de tension, entrainent des destructions de matériels : générateurs, transformateurs, structures de postes… Une mauvaise élimination peut aussi entrainer des coupures d’alimentations, de plus ou moins grande ampleur.

Afin d’en limiter les effets, l’élimination d’un court-circuit doit être la plus rapide possible, c’est l’objectif des « protections ».

La première protection a été probablement le fil fusible. C’est un « point faible », introduit dans le circuit à protéger, sa fusion assure l’élimination du court-circuit. Le fusible présente des inconvénients : il faut le remplacer après fonctionnement, sa capacité de coupure est limitée et il peut provoquer une interruption de l’alimentation sur une partie de réseau plus vaste que seule celle concernée par le défaut.

Pour éviter le remplacement du fusible à chaque court-circuit le « relais direct » (fig 1) utilise la force électromagnétique générée par le courant de court-circuit pour commander l’ouverture du disjoncteur par l’intermédiaire d’une tige isolante.

Les inconvénients des fusibles et ceux des relais directs (installation, le plus souvent, à une tension élevée, dimensionnement…) ont amené à rechercher d’autres solutions. Pourquoi ne pas alimenter des relais de mesure par une image du courant du circuit de puissance – c’est-à-dire un courant proportionnel de faible valeur – tout en réalisant l’isolement électrique par rapport à ce circuit ; le transformateur de mesure était né.
Dès les années 1930 (probablement), la détection des courts-circuits par des relais à maximum d’intensité, se généralise.
C’est toujours la protection utilisée sur des réseaux, avec seulement de la consommation en aval des protections : réseaux moyenne et basse tension, lignes en antenne…. Elle est également utilisée sur d’autres circuits, comme la mise à la terre des neutres, celle des cuves des transformateurs…
Le maillage progressif des réseaux nécessite de faire évoluer leur système de protection, les protections à maximum d’intensité n’étant plus assez sélectives (permettant de mettre hors tension uniquement l’ouvrage en défaut). Il faut alors utiliser des protections différentielles (utilisant la comparaison entre les grandeurs aux deux extrémités de l’ouvrage) ou des protections de distance (basée sur une mesure d’impédance représentative de la distance entre le point de mesure et le défaut) telle que la RXAP présentée dans un autre article.

Les principales qualités attendues d’une protection sont :
• La rapidité pour limiter la durée des courants de court-circuit ;
• La sélectivité pour ne déclencher que l’ouvrage siège du court-circuit ;
• La sensibilité pour fonctionner sur une large plage de courants de court-circuit ;
• La fiabilité car une protection n’est pas sollicitée fréquemment mais doit être disponible et ne pas engendrer de déclenchement intempestif.

Pour assurer la protection d’un réseau électrique les exploitants de réseau choisissent généralement d’associer plusieurs types de protection dans le cadre d’un système de protection spécifique à chaque ouvrage. Ces différents systèmes sont organisés sous forme d’un plan de protection garantissant les performances globales attendues pour l’élimination d’un court-circuit sur le réseau.

Notre collection de matériels de contrôle-commande comporte des exemples de protections utilisées au cours du temps sur le réseau électrique HT/THT français. Vous pourrez également consulter notre site Internet « Conservatoire du contrôle commande » pour avoir plus d’informations.