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NERC TPL-007-1 : Les perturbations géomagnétiques et leurs conséquences pour vos transformateurs de puissance de grande capacité

Bien que d’une probabilité très faible, dans le pire des cas, des éruptions solaires majeures peuvent couper le réseau électrique et laisser des millions de personnes sans électricité.

Les fortes perturbations géomagnétiques, provoquées par des éruptions solaires, traversent les couches supérieures de l’atmosphère et peuvent induire des courants dans les conducteurs, tels que les lignes électriques. Ces courants risquent de surcharger le réseau électrique de distribution et de provoquer son effondrement, ou bien pire, des dégâts très coûteux aux transformateurs de puissance EHT (ultra haute tension).

La nouvelle norme TPL-007-1 de NERC (North American Electric Reliability Corporation) prend en considération les impacts des perturbations géomagnétiques sur les systèmes électriques industriels.

 

Quels sont les impacts de perturbations géomagnétiques sur les transformateurs

Les transformateurs de puissance de grande capacité reliés au réseau extra-haute tension (EHT) risquent des surchauffes localisées aux enroulements et à leur structure en cas de perturbations géomagnétiques. Le principal impact sur les transformateurs de puissance EHT est la circulation d’un courant quasi continu dans les enroulements en étoile à la terre des transformateurs. Ce courant induit par effet géomagnétique (GIC) provoque un décalage du courant alternatif sinusoïdal présent dans le noyau du transformateur, entraînant une saturation asymétrique ou à mi-cycle ayant les conséquences suivantes :

  • Une augmentation de l’absorption du courant d’excitation et de la puissance réactive
  • Des surchauffes localisées des éléments métalliques non porteurs de courant en raison de flux de dispersion
  • Des harmoniques
  • Une augmentation des vibrations et du niveau acoustique
  • Des surchauffes localisées des enroulements en raison d’harmoniques et de flux de dispersion

Nouvelles normes NERC d’atténuation des perturbations géomagnétiques

Pour se conformer à la nouvelle norme NERC TPL-007-1, les services d’électricité doivent réaliser une évaluation initiale, puis continue, de l’impact potentiel d’un événement géomagnétique « centennal » de référence sur leurs équipements et le réseau de production et de transport, notamment :

  • Évaluation de vulnérabilité aux perturbations géomagnétiques, soit la capacité du réseau à supporter une perturbation géomagnétique de référence sans provoquer de panne à grande échelle, d’effondrement de la tension ni de dommages au transformateur. (Conditions d’application : coordinateurs de planification, planificateurs du réseau de transmission)
  • Évaluation de l’impact thermique sur le transformateur pour s’assurer que tous les transformateurs haute tension 200kV, mis à la masse en étoile > supportent les effets transitoires associés à une perturbation géomagnétique de référence. (Conditions d’application : entreprises de production et de transmission)

La norme requiert également la planification de mesures correctives et d’atténuation pour protéger le réseau des instabilités et des pannes en cascade.

Évaluation de l’impact thermique sur le transformateur

Les effets d’une saturation asymétrique ou de mi-cycle sur les transformateurs EHT sont relativement bien connus, mais difficiles à quantifier. En se basant sur une perturbation géomagnétique de référence, l’évaluation de l’impact thermique sur le transformateur doit comporter les analyses suivantes :

  1. Calcul du courant magnétisant du transformateur pour les courants GIC spécifiés
  2. Calcul du courant magnétisant de crête en fonction du niveau de GIC
  3. Calcul de la puissance réactive absorbée par le transformateur en fonction du niveau de GIC
  4. Calcul des composantes harmoniques du courant magnétisant provoqué par le GIC
  5. Calcul des températures localisées de la bride supérieure, du serre tôle et des enroulements
  6. Calcul des courbes de capacité thermique pour des niveaux de GIC de base et de crête

Que faire ensuite ? Évaluations des perturbations géomagnétiques sur les transformateurs

Le personnel des services professionnels de Doble peut réaliser une étude technique pour déterminer les capacités de résistance d’un transformateur de puissance à des perturbations géomagnétiques, conformément au guide IEEE C57.163-2015.

Sur les transformateurs les plus récents, les données d’étude sont principalement disponibles dans la documentation de revue de conception.

Sur des transformateurs plus anciens (> 20 ans), la documentation de revue de conception est probablement indisponible. Les informations originelles de conception sont peut-être disponibles, notamment par le biais du propriétaire actuel des informations de conception. Dans le cas contraire, des données partielles peuvent être extraites des rapports de tests et des schémas d’encombrement et les données restantes sont estimées par des hypothèses techniques réfléchies et conformes au guide IEEE.

Vous souhaitez en savoir plus ?

Consultez notre page Services d’atténuation des risques liés aux perturbations géomagnétiques pour plus d’informations sur ce sujet.

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