4. La rupture de synchronisme
a) Causes et conséquences
Sur un réseau non perturbé, tous les rotors des alternateurs tournent à la même vitesse électrique : on parle alors de fonctionnement synchrone et la vitesse commune définit la fréquence du système électrique, ainsi stabilisé. Dans certaines situations, comme lors d'un court-circuit de durée excessive par exemple, le lien élastique qui solidarise les générateurs peut être rompu. Dès lors, le système a perdu la stabilité et, sous l'action de leurs systèmes de protection, les ouvrages se séparent du réseau si aucune mesure n'est prise.
b) La prévention et les remèdes
(1) La prévention
Pour bénéficier de marges de stabilité considérées comme suffisantes, il est nécessaire de disposer de trois types d'outils. Il convient d'abord que les systèmes de régulation de tension et de vitesse soient opérationnels et correctement réglés, capables de maintenir la stabilité des groupes lors des sollicitations. Il faut ensuite avoir conçu un plan de protection du réseau suffisamment performant pour ne pas solliciter, par des éliminations trop tardives de courts-circuits, les dispositifs de régulation de tension et de vitesse des groupes au delà de leurs possibilités. Il est enfin indispensable d'exploiter le système électrique de manière à ne jamais se trouver dans une topologie propice au développement du phénomène. Ceci est assuré par l'application de la règle du « N-k » au niveau de la préparation de l'exploitation et de la conduite du système : dans le domaine de la stabilité, cette règle consiste à s'assurer que le système reste stable sur perte d'ouvrage liée à un défaut correctement éliminé par le système de protection.
(2) La surveillance
Les actions correctives engagées visent essentiellement à contrer l'accélération des groupes lors de l'apparition d'un court-circuit, en annulant le couple moteur appliqué au rotor.
(3) Les parades ultimes
Lorsque le synchronisme entre les groupes de production est perdu, le principe de défense consiste à découper tout ou partie du réseau de manière automatique, de façon à séparer rapidement du réseau général restant sain la région ou le groupe de régions électriques siège d'une rupture de synchronisme (cas de l'Italie lors de la panne de septembre 2003).
Comme cette action de découpage automatique conduit en général à rompre localement l'équilibre entre production et consommation, des actions automatiques, par les relais de délestage fréquencemétrique de la charge, peuvent être nécessaires pour rétablir l'équilibre dans les zones déficitaires.
Après découpage, si, sur une zone donnée, le retour à un régime stable ne peut être obtenu, les groupes thermiques s'îlotent automatiquement sur leurs auxiliaires de façon à être en mesure de procéder à la reprise de service plus rapidement. Le principe de base est, d'une part, de ne pas les découpler trop tôt pour laisser le temps au système de se stabiliser par l'action des régulations, d'autre part, de ne pas les découpler trop tard afin de ne pas solliciter les ouvrages au-delà de leurs limites de dimensionnement, ce qui suppose une parfaite coordination des dispositifs de protection côté groupes et côté réseau.