Protection des Câbles Électriques : Surtensions et Pannes

Protection contre les surintensités et les surtensions

L'objectif de la protection des câbles est de limiter le courant afin d'empêcher que leur température ne dépasse le seuil maximal admissible et de prévenir les risques d'incendie.

Surcharges

On considère qu'une installation ou une partie de celle-ci est en surcharge lorsqu'elle est traversée, pendant un certain temps, par un courant supérieur à sa valeur nominale, sans qu'il y ait de panne ou de défaut. Cette augmentation de courant entraîne une réduction de la durée de vie des conducteurs. Il est crucial de noter que la section des câbles souterrains ne peut être modifiée ; de nouvelles lignes doivent donc être conçues en conséquence.

Courts-circuits

Les défauts de court-circuit sont analysés comme des contacts francs entre des parties de l'installation à des potentiels différents, avec une impédance de défaut nulle ou négligeable. Avec une impédance de défaut nulle, les courts-circuits provoquent d'importantes pointes de courant, entraînant une élévation rapide de la température des conducteurs (effet thermique). Les conducteurs ne doivent jamais dépasser leur température maximale admissible en court-circuit.

Températures maximales de court-circuit (CC) pour les isolants courants :

• Polyéthylène réticulé (XLPE) : 250 °C
• Éthylène-propylène (EPR) : 250 °C
• Papier imprégné : 220 °C

Les causes les plus courantes de courts-circuits sont :

• Irrégularités dans les charges connectées
• Défaut d'isolement

Pour protéger le réseau contre les courts-circuits, le pouvoir de coupure des dispositifs de protection doit être supérieur ou égal à l'intensité maximale de court-circuit. De plus, les conducteurs doivent pouvoir supporter ce courant maximal pendant toute la durée du défaut. Le choix de la section et de la qualité de l'isolant des conducteurs est donc crucial pour garantir une alimentation sûre et de qualité. Les fournisseurs privilégient souvent des sections de câble élevées, comme 150, 240 et 400 mm², pour couvrir la majorité des cas.

Protection contre les surtensions

Une surtension, causée par la foudre ou des manœuvres sur les réseaux à haute tension, peut endommager l'isolation des conducteurs et des équipements. La protection des installations contre ces surtensions transitoires consiste à utiliser des dispositifs limiteurs de surtension, appelés parafoudres, connectés entre les parties actives de l'installation à protéger et la terre.

Installation et Maintenance des Câbles Souterrains

Canalisations, Permis et Autorisations

La pose des canalisations s'effectue généralement sur le domaine public et sous les trottoirs. La pose sous la chaussée n'est pas acceptée, sauf pour les traversées ou sur exigence des autorités municipales. Les traversées de chaussée doivent être perpendiculaires à la bordure du trottoir.

Pour la protection des câbles sous trottoir :

• Un lit de sable d'environ 20 cm est préparé.
• Des plaques en plastique dur de 20 cm de large sont assemblées au-dessus pour signaler la présence des câbles lors de futures excavations.
• La tranchée est ensuite remblayée avec de la pierre propre, compactée par couches de 20 cm.
• Avant le remblai final, un ruban de signalisation en plastique est posé pour indiquer la présence du câble électrique.
• La finition de la tranchée est réalisée avec les mêmes matériaux que le trottoir existant.

Sous la chaussée, les câbles sont protégés par des tubes en ciment ou en thermoplastique. Le tube est posé sur un lit de béton et recouvert d'au moins 30 cm de béton. Le remblai de la tranchée est ensuite réalisé avec le même matériau que la chaussée, généralement de l'asphalte.

Câbles à Champ Radial et non Radial

Dans les câbles unipolaires, l'intensité du champ électrostatique a une forme radiale. L'isolant supporte la contrainte électrique de ce champ, établie entre le conducteur et l'extérieur du câble.

Dans les câbles tripolaires, le champ électrique ne suit pas une trajectoire radiale, car le potentiel dans l'espace entre les conducteurs et l'extérieur n'est pas uniforme. Ce champ peut être décomposé en deux composantes : une perpendiculaire et une tangente à la couche isolante.

• La composante perpendiculaire exerce une contrainte de tension que l'isolant est conçu pour supporter.
• La composante tangentielle est supportée par la masse de remplissage entre les âmes, qui possède une résistance à la perforation dix fois inférieure.

Pour cette raison, les câbles à champ non radial ne sont utilisables que jusqu'à certaines tensions :

• Jusqu'à 15 kV pour les câbles à papier imprégné.
• Entre 6 et 10 kV pour les câbles à isolant sec, selon le type d'isolant.

Au-delà de ces tensions, l'utilisation de câbles à champ radial est impérative.

Localisation des Défauts sur les Câbles

Pour la localisation des défauts, on utilise un équipement de laboratoire capable de déterminer avec précision l'emplacement du dommage. Les méthodes de dépannage consistent à suivre le tracé de la ligne avec des capteurs spéciaux (sonomètres) pour capter l'impulsion de courant injectée dans le câble. Ces impulsions sont détectées à l'endroit exact du défaut, ce qui coïncide avec les mesures fournies par l'appareil en fonction de la distance depuis la source. Il est donc essentiel de disposer des plans précis du tracé des câbles souterrains, enregistrés par la Direction des travaux.

On peut distinguer deux grands types de défauts :

• Interruption de la continuité de la ligne.
• Dommages à l'isolation.