Effets géomagnétiques sur les réseaux électriques

Introduction

Les perturbations géomagnétiques peuvent avoir de sérieuses répercussions sur les réseaux électriques. Les courants électriques induits dans les lignes de transport sont mis à la masse par l'intermédiaire des sous-stations de transformation. Là, ils saturent le noyau du transformateur, suscitant ainsi divers problèmes. En effet, il est déjà arrivé qu'un échauffement fasse brûler des transformateurs. En outre, des harmoniques supplémentaires engendrées dans le transformateur provoquent des activations indésirables de relais, mettant subitement hors circuit des lignes électriques. La stabilité de l'ensemble du système peut également être compromise par suite de la mise hors service de compensateurs. C'est une succession de ce type d'événements qui est à l'origine de la panne du 13 mars 1989 au Québec, qui a laissé l'ensemble de la province sans électricité pendant plus de 9 heures.

Comment les courants induits géomagnétiquement influencent les réseaux électriques

Illustration des champs électriques géomagnétiqeuement induits.  La description suit.

Les courants induits géomagnétiquement sont induits par les champs électriques que créent les variations du champ magnétique au cours d'une perturbation géomagnétique. En raison de leur faible fréquence comparé au courant alternatif, les courants induits géomagnétiquement sont considérés par les transformateurs comme un courant direct variant lentement. Le courant induit géomagnétiquement circulant dans l'enroulement du transformateur engendre une magnétisation supplémentaire qui, pendant les demi-cycles au cours desquels la magnétisation du courant alternatif est dans la même direction, peut saturer le noyau du transformateur. Cela se traduit par une forme d'onde du courant alternatif très dentelée et caractérisée par des niveaux harmoniques accrus pouvant perturber le fonctionnement des relais et autres équipements du système et poser des problèmes allant de la mise hors circuit de lignes individuelles à l'effondrement de l'ensemble du système.

Echauffement des transformateurs

Exemple de transformateur endommager. Image illustrant un exemple de dommage sur transformatteur. Image illustrant un exemple de dommage sur transformatteur.

La saturation du noyau d'un transformateur engendre des courants de Foucault dans le noyau et les supports structuraux, courants qui échauffent le transformateur. En raison de la masse thermique élevée des transformateurs à haute tension, cet échauffement provoque une augmentation négligeable de la température globale du transformateur. Toutefois, il peut y avoir apparition locale de points chauds, qui peuvent endommager les enroulements du transformateur.

Coût des orages magnétiques

Les coûts d'une panne de transformateur subis par les exploitants de réseaux électriques vont au-delà du remplacement du matériel endommagé et comprennent également une perte de revenus provenant de la vente de l'électricité. La panne électrique généralisée qui s'est produite au Québec le 13 mars 1989 a coûté environ 13,2 millions de dollars, les équipements endommagés représentant environ 6,5 millions de dollars du coût estimatif. Pour remplacer le transformateur de la centrale nucléaire de Salem (New Jersey) qui a été complètement grillé durant la perturbation magnétique du 13 mars 1989, il aura fallu débourser plusieurs millions de dollars. Ces pièces très coûteuses sont généralement construites sur mesure et le délai de livraison est normalement de l'ordre d'une année. Fait inhabituel, à Salem, un transformateur de remplacement était disponible et il n'a fallu que six semaines pour effectuer sa livraison et son installation. La mise hors service du transformateur a néanmoins entraîné une baisse de l'électricité livrée par la centrale de Salem et l'achat d'électricité de remplacement des services publics de la région a coûté environ 17 millions de dollars, soit un coût de loin plus élevé que le prix du transformateur.

Accroissement de la vulnérabilité

La vulnérabilité d'un réseau électrique aux perturbations géomagnétiques est accrue lorsque le réseau est lourdement chargé. La demande croissante d'électricité et la déréglementation de l'industrie incite les exploitants à faire fonctionner les réseaux électriques plus près de leurs limites, ce qui rend ces réseaux plus vulnérables aux perturbations extérieures. Une des caractéristiques propres aux courants induits géomagnétiquement (CIG), c'est qu'ils se produisent simultanément sur de nombreux réseaux électriques. Il en est autrement des autres types de problèmes affectant les réseaux électriques comme les coups de foudre ou les défaillances de l'équipement, qui sont plus circonscrits. L'interconnexion des réseaux électriques modernes ont pour objectif de les protéger contre des défaillances localisées, mais elle les rend plus vulnérables aux courants induits géomagnétiquement.