Panne de courant - Power outage

Les feux des véhicules ont fourni le seul éclairage pendant la crise de l'électricité en Équateur de 2009

Une coupure de courant (également appelé powercut , un hors d'alimentation , une panne de courant , une panne de courant , une perte de puissance ou une panne d' électricité ) est la perte de l' énergie électrique d' alimentation de réseau à un utilisateur final .

Il existe de nombreuses causes de pannes de courant dans un réseau électrique. Des exemples de ces causes incluent des défauts dans les centrales électriques , des dommages aux lignes de transmission électrique , aux sous - stations ou à d'autres parties du système de distribution , un court-circuit , une défaillance en cascade , le fonctionnement d'un fusible ou d'un disjoncteur .

Les pannes de courant sont particulièrement critiques sur les sites où l'environnement et la sécurité publique sont menacés. Les institutions telles que les hôpitaux , les usines de traitement des eaux usées et les mines disposent généralement de sources d'alimentation de secours telles que des générateurs de secours , qui démarrent automatiquement en cas de panne d'électricité. D'autres systèmes critiques, tels que les télécommunications , doivent également disposer d'une alimentation de secours. La salle des batteries d'un central téléphonique dispose généralement de batteries au plomb-acide pour la sauvegarde et également d'une prise pour connecter un générateur pendant les périodes de panne prolongées.

Types de panne de courant

coupure électrique
Défaut transitoire

Les pannes de courant sont classées en trois phénomènes différents, liés à la durée et à l'effet de la panne :

  • Un défaut transitoire est une perte de puissance généralement causée par un défaut sur une ligne électrique. L'alimentation est automatiquement rétablie une fois le défaut résolu.
  • Une baisse de tension est une chute de tension dans une source d' alimentation électrique. Le terme baisse de tension vient de la gradation subie par l'éclairage lorsque la tension baisse. Les baisses de tension peuvent entraîner de mauvaises performances de l'équipement ou même un fonctionnement incorrect.
  • Une panne d'électricité est la perte totale de courant dans une zone et est la forme de panne de courant la plus grave qui puisse survenir. Les pannes qui résultent ou entraînent le déclenchement des centrales sont particulièrement difficiles à surmonter rapidement. Les coupures peuvent durer de quelques minutes à quelques semaines selon la nature de la panne et la configuration du réseau électrique.

Les coupures de courant se produisent lorsque la demande d'électricité dépasse l'offre, et permettent à certains clients de recevoir de l'électricité à la tension requise au détriment d'autres clients qui n'en reçoivent pas du tout. Ils sont fréquents dans les pays en développement et peuvent être programmés à l'avance ou se produire sans avertissement. Ils se sont également produits dans les pays développés, par exemple lors de la crise de l' électricité en Californie de 2000-2001, lorsque la déréglementation gouvernementale a déstabilisé le marché de gros de l'électricité. Les pannes d'électricité sont également utilisées comme mesure de sécurité publique, par exemple pour empêcher une fuite de gaz de prendre feu (par exemple, l'électricité a été coupée dans plusieurs villes en réponse aux explosions de gaz de Merrimack Valley ), ou pour empêcher les incendies de forêt autour de lignes de transport mal entretenues ( comme lors des coupures de courant en Californie en 2019 ).

Protéger le réseau électrique des pannes

Branches d'arbre créant un court-circuit dans les lignes électriques pendant une tempête. Cela se traduit généralement par une panne de courant dans la zone desservie par ces lignes

Dans les réseaux d'alimentation électrique , la production d'énergie et la charge électrique (demande) doivent être très proches de l'égalité chaque seconde pour éviter la surcharge des composants du réseau, ce qui peut les endommager gravement. Les relais de protection et les fusibles sont utilisés pour détecter automatiquement les surcharges et déconnecter les circuits à risque de dommages.

Dans certaines conditions, l'arrêt d'un composant du réseau peut provoquer des fluctuations de courant dans les segments voisins du réseau conduisant à une défaillance en cascade d'une plus grande section du réseau. Cela peut aller d'un bâtiment, d'un pâté de maisons, d'une ville entière, à tout un réseau électrique .

Les systèmes électriques modernes sont conçus pour résister à ce type de panne en cascade, mais cela peut être inévitable (voir ci-dessous). De plus, étant donné qu'il n'y a aucun avantage économique à court terme à prévenir les défaillances rares à grande échelle, les chercheurs ont exprimé leur inquiétude quant à la tendance à éroder la résilience du réseau au fil du temps, ce qui n'est corrigé qu'après une défaillance majeure. Dans une publication de 2003, Carreras et ses co-auteurs ont affirmé que la réduction de la probabilité de petites pannes ne fait qu'augmenter la probabilité de plus grandes. Dans ce cas, l'avantage économique à court terme de satisfaire le client individuel augmente la probabilité de pannes à grande échelle.

La commission sénatoriale de l'énergie et des ressources naturelles a tenu une audition en octobre 2018 pour examiner le « black start », le processus de rétablissement de l'électricité après une panne de courant à l'échelle du système. L'objectif de l'audience était que le Congrès se renseigne sur les plans de secours dans l'industrie des services publics d'électricité au cas où le réseau électrique serait endommagé. Les menaces pour le réseau électrique comprennent les cyberattaques, les tempêtes solaires et les phénomènes météorologiques violents, entre autres. Par exemple, la « panne d' électricité du nord-est de 2003 » a été causée lorsque des arbres envahis par la végétation ont touché des lignes électriques à haute tension. Environ 55 millions de personnes aux États-Unis et au Canada ont perdu l'électricité et sa restauration a coûté environ 6 milliards de dollars.

Protéger les systèmes informatiques des pannes de courant

Les systèmes informatiques et autres appareils électroniques contenant des circuits logiques sont susceptibles de subir des pertes de données ou des dommages matériels pouvant être causés par une coupure soudaine de courant. Il peut s'agir d'équipements de mise en réseau de données, de vidéoprojecteurs, de systèmes d'alarme ainsi que d'ordinateurs. Pour protéger les systèmes informatiques contre cela, l'utilisation d'une alimentation sans coupure ou « UPS » peut fournir un flux constant d'électricité si une alimentation principale devient indisponible pendant une courte période de temps. Pour se protéger contre les surtensions (événements où les tensions augmentent pendant quelques secondes), qui peuvent endommager le matériel lorsque l'alimentation est rétablie, un dispositif spécial appelé parasurtenseur qui absorbe l'excès de tension peut être utilisé.

Rétablissement du courant après une panne étendue

Le rétablissement de l'électricité après une panne étendue peut être difficile, car les centrales électriques doivent être remises en service. Normalement, cela se fait à l'aide de l'alimentation du reste du réseau. En l'absence totale d'alimentation du réseau, un soi-disant démarrage noir doit être effectué pour amorcer le réseau électrique en fonctionnement. Les moyens d'y parvenir dépendront grandement des circonstances locales et des politiques opérationnelles, mais en général , les services de transport établiront des « îlots de puissance » localisés qui seront ensuite progressivement couplés les uns aux autres. Pour maintenir les fréquences d'approvisionnement dans des limites tolérables au cours de ce processus, la demande doit être reconnectée au même rythme que la production est rétablie, ce qui nécessite une coordination étroite entre les centrales électriques, les organismes de transport et de distribution.

Inévitable panne d'électricité et durabilité électrique

Comparaison de la durée des coupures de courant ( valeur SAIDI ), en 2014.

Criticalité auto-organisée

Il a été avancé sur la base de données historiques et de modélisation informatique que les réseaux électriques sont des systèmes critiques auto-organisés . Ces systèmes présentent des perturbations inévitables de toutes tailles, jusqu'à la taille de l'ensemble du système. Ce phénomène a été attribué à l'augmentation constante de la demande/de la charge, à l'économie de la gestion d'une compagnie d'électricité et aux limites de l'ingénierie moderne.

Bien qu'il ait été démontré que la fréquence des pannes d'électricité est réduite en l'utilisant plus loin de son point critique, cela n'est généralement pas économiquement faisable, ce qui oblige les fournisseurs à augmenter la charge moyenne au fil du temps ou à mettre à niveau moins souvent, ce qui a pour effet de rapprocher le réseau de son point critique. . À l'inverse, un système au-delà du point critique subira trop de pannes, ce qui entraînera des mises à niveau à l'échelle du système le ramenant en dessous du point critique. Le terme point critique du système est utilisé ici au sens de la physique statistique et de la dynamique non linéaire, représentant le point où un système subit une transition de phase ; dans ce cas, la transition d'un réseau fiable stable avec peu de pannes en cascade à un réseau très sporadique peu fiable avec des pannes en cascade courantes. Près du point critique, la relation entre la fréquence et la taille de la panne suit une distribution de loi de puissance .

Les défaillances en cascade deviennent beaucoup plus courantes à proximité de ce point critique. La relation puissance-loi est visible à la fois dans les données historiques et dans les systèmes de modèles. La pratique consistant à faire fonctionner ces systèmes beaucoup plus près de leur capacité maximale entraîne des effets amplifiés de perturbations aléatoires et inévitables dues au vieillissement, aux conditions météorologiques, aux interactions humaines, etc. Bien qu'elles soient proches du point critique, ces défaillances ont un effet plus important sur les composants environnants en raison de composants supportant une charge plus importante. Il en résulte que la charge plus importante du composant défaillant doit être redistribuée en plus grandes quantités à travers le système, ce qui rend plus probable la défaillance de composants supplémentaires non directement affectés par la perturbation, déclenchant des défaillances en cascade coûteuses et dangereuses. Ces premières perturbations provoquant des coupures de courant sont d'autant plus inattendues et inévitables du fait des actions des fournisseurs d'électricité pour éviter les perturbations évidentes (abattage d'arbres, séparation de lignes en zone ventée, remplacement de composants vieillissants…). La complexité de la plupart des réseaux électriques rend souvent la cause initiale d'une panne d'électricité extrêmement difficile à identifier.

Les dirigeants rejettent les théories du système qui concluent que les pannes sont inévitables, mais conviennent que le fonctionnement de base du réseau doit être modifié. L' Electric Power Research Institute défend l'utilisation de fonctionnalités de réseau intelligent telles que des dispositifs de contrôle de l'alimentation utilisant des capteurs avancés pour coordonner le réseau. D'autres préconisent une plus grande utilisation des coupe-feu à courant continu haute tension (CCHT) à commande électronique pour empêcher les perturbations de se propager en cascade sur les lignes CA d'un réseau étendu .

modèle OPA

En 2002, des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory (ORNL), du Power System Engineering Research Center de l' Université du Wisconsin (PSerc) et de l' Université d'Alaska Fairbanks ont proposé un modèle mathématique pour le comportement des systèmes de distribution électrique. Ce modèle est devenu connu sous le nom de modèle OPA, une référence aux noms des institutions des auteurs. L'OPA est un modèle de défaillance en cascade. D'autres modèles de défaillance en cascade incluent Manchester, défaillance cachée, CASCADE et branchement. Le modèle OPA a été comparé quantitativement à un modèle de réseaux complexes d'une défaillance en cascade - modèle Crucitti-Latora-Marchiori (CLM), montrant que les deux modèles présentent des transitions de phase similaires dans les dommages moyens du réseau (délestage/demande en OPA, dommages de chemin dans CLM), en ce qui concerne la capacité de transport.

Atténuation de la fréquence des coupures de courant

Il est souvent démontré que les effets d'essayer d'atténuer les défaillances en cascade près du point critique d'une manière économiquement réalisable ne sont pas bénéfiques et souvent même préjudiciables. Quatre méthodes d'atténuation ont été testées à l'aide du modèle de panne d'électricité de l' OPA :

  • Augmenter le nombre critique de pannes provoquant des pannes en cascade – Montré pour diminuer la fréquence des pannes plus petites mais augmenter celle des pannes plus importantes.
  • Augmenter la charge maximale de la ligne électrique individuelle - Montré pour augmenter la fréquence des coupures de courant plus petites et diminuer celle des coupures de courant plus importantes.
  • Combinaison d'un nombre critique croissant et d'une charge maximale de lignes - s'est avérée n'avoir aucun effet significatif sur l'une ou l'autre taille de la panne. La réduction mineure de la fréquence des pannes qui en résulte ne devrait pas valoir le coût de la mise en œuvre.
  • Augmenter la puissance excédentaire disponible sur le réseau – Montré pour diminuer la fréquence des coupures de courant plus petites mais augmenter celle des coupures de courant plus importantes.

En plus de la conclusion que chaque stratégie d'atténuation a une relation coûts-avantages en ce qui concerne la fréquence des petites et grandes pannes, le nombre total d'événements de panne n'a pas été significativement réduit par aucune des mesures d'atténuation mentionnées ci-dessus.

Un modèle complexe basé sur un réseau pour contrôler les grandes pannes en cascade (pannes) en utilisant uniquement des informations locales a été proposé par AE Motter.

En 2015, l'une des solutions proposées pour réduire l'impact des coupures de courant a été introduite par MS Saleh.

Indicateurs de performance clés

Les services publics sont mesurés selon trois mesures de performance spécifiques :

Voir également

Les références

Liens externes