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Protection des rseaux lectriques

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III.1 Protection des alternateurs et des moteurs

Lalternateur est un lment fondamental du rseau lectrique et

ncessite un ensemble de systmes de protection contre les

diffrents ventuels dfauts.

III.1.1. Protection contre les courts-circuits lintrieur et sur lesbornes

Pour les alternateurs dont la puissance est infrieure 1MW :

i!. """.1.1.1 Protection ma#imum de courant

( )kIkk

Ir

nal21

fp =

( )

=

TCr

nal21

f

kIkk

I R

22

$% $% $% $" $&

&i!nal

%%'%

(is)oncteur

*lternateur

+(

+%

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( ) 2

pII

kf

mincc

s >=

*vec

;85.08.0;2.11.1;35.2 kkk r21 ===&i 2ks la protection diffrentielle savre obli!atoire.

i!. """.1.1.,. Protection ma#imum de courant

%ette protection ne prot!e pas lalternateur contre les courts-circuits

monopass.

23

$% $% $" $&

&i!nal

%%'%

(is)oncteur

*lternateur

+(

+%

$' $' $' $'t

$"*lternateur

+(

+%

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i!. """.1.1./. Protection minimum de tension

&i le point neutre se situe lintrieur du stator0 cest la seule protection

contre tous les dfauts. La tension de fonctionnement de la protection

est donne par la relation suivante :

( )UU nf 6.05.0)P( =

Le temps de fonctionnement de la protection doit tre suprieur celui

des moteurs et des )eu# de barres.

Pour les alternateurs dont la puissance est suprieure 1MW0 on utilise

la protection diffrentielle lon!itudinale :

i!. """.1.1.2. Protection diffrentielle lon!itudinale

Pendant le r!ime normal et le court-circuit est en deors de la 3one de

protection0 la protection ne fonctionne pas.

Le courant de fonctionnement des relais est donn par :

24

*lternateur

&i!nal

$% $% $% $" $&

(is)oncteur

+(

+%

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4.13.1;)R( kIkI scncscf ==

( )2

p;1.0

100!;15.0;

100!

IIkfkIfkIf

minccmin

i"

TC

ma#cci"nc

====


25

$% $% $" $&

(is)oncteur

*lternateur

+(

+%

*lternateur $% $% $% $" $&

(is)oncteur +(+%

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(ans le cas ou lalternateur fonctionne en parallle avec une autre

source0 le courant de fonctionnement des relais est calcul par la somme

des courants de court-circuit.

III.1.2. Protection contre les courts-circuits dans le systme

26

$" $'t/ $" $&

(e *

(e +

$'t,&i!nal/

&i!nal,

6ers %

$' $'

+(

+%

$% $% $% $%

&i!nal1

$'t1

$'

6ers * 6ers +

(e %

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i!. """.1.,.1 Protection contre les courts-circuits dans le systme

( ) ( )RTt3RTt tt ff > , doit tre suprieur la temporisation du systme.

%e scma comprend :

$ une protection ma#imum de courant

$ 7ne protection minimum de tension

$ 7ne protection contre les surcar!es

Les relais $% et $'t/ fonctionnent pendant le court-circuit.

( )1RTt

tftemps de fonctionnement de la protection contre le

surcar!e

( )3RTttf temps de fonctionnement de la protection

III.1.3. Protection contre les surcharges

8lle est assure par la partie comprenant le relais $'t1 de la protection

9i!. """.1.,.1.

( ) IkI nalscf p =

( )

=

TC

nal

scf

IkI R

*vec

;2.11.1kkk 21sc ===

(ans un systme de protection complet0 on a)oute un relais au#iliaire

plusieurs contacts0 pour permettre la ralisation de lopration de

dlesta!e des consommateurs de la /mecat!orie.

2%

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III.1.4. Protection contre les surtensions

i!. """.1.2.1 Protection contre les surtensions

Pendant le r!ime nominal0 la protection ne fonctionne pas. &i la tension

au!mente et dpasse 7f9P0 la protection dclence le dis)oncteur.

( ) ( )

( ) ( )s15.0p

1.71.5p

tUU

f

nf

=

=

28

$&

+(

+%

$' $' $'t $"

si!nal

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III.1.. Protection contre les courts-circuits entre les s!ires dem"me enroulement statori#ue

i!. """.1.4.1 Protection contre le court-circuit entre les spires de mme

pase

Pendant le r!ime normal les courants sont symtriques et un faible

courant circule dans le transformateur de courant. %e dernier0 devient

important lors du court-circuit et sensibilise la protection.

2&

$&

(is)oncteur

*lt.ernateur

+(

+%

$% $'t $"

si!nal

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( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )s15.0p

3.02.0R

3.00.2p

t

II

II

f

TC

nal

f

nalf

=

=

=

Pour les alternateurs dont la puissance est suprieure 4; MW0 la

protection est ralise par le contr

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i!. """.1.=.1 Protection contre les courts-circuits la terre de lun des

enroulements statoriques

( )

( ) ( )

( ) ( )s15.0p

pR

p

"

II

IkI

f

TC

f

f

calscf

=

=

=

Pendant les courts-circuits monopass et bipass0 cest la protection

principale qui fonctionne. Le courant Ical est dtermin daprs :

1- %aractristique de lalternateur

,- Mesure de la capacit des enroulements par rapport au stator

/- ormules empriques

( )

08.012.1

'

33

UUP

C

10U

CI

nn

n

al

3n

calcal

+=

=

>?;.;1@=0 Pn en >A et 7n en >v

La valeur du condensateur calcule est en .

(aprs la normalisation:

"c B 4* La protection si!nal le dfaut

31

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"c C 4* La protection dclence lalternateur.

III.2 Protection des &eu' de barres

i!.""".,.1 Protection des )eu# de barres

8n cas de dfaut polypas sur un dpart M'0 se sont les relais

ma#imum de courant qui doivent a!ir en provoquant louverture du

dis)oncteur correspondant 9d1 ou d, ou d/.

&i un dfaut affecte le )eu# de barres0 il doit tre limin par le

dis)oncteur D( dont les seuils de r!la!e du courant " et le temps '

sont suprieurs ceu# des dparts M'. &oit "1 et '1 sont les seuils

de r!la!e les plus levs des dparts M'0 les seuils de r!la!e ",

et ', des relais de protection seront :

", ? "1E ;.1 "1

', ? '1E ;.4 s &i un dfaut affecte le cFble de liaison0 il doit tre dtect par deu#

relais ma#imum de courant action temporis0 associs au

transformateur G'HM' qui ouvrent les dis)oncteur *0 +0 %.

III.3 Protection des trans(ormateurs

Les dfauts qui pourront affecter le transformateur sont :

32

"1

'1

+

*

&ectionneur

(

d/

d,

d1

'ransformateur

Ieu# de barres G' Ieu# de barres M'

",

T2

"/?",

'/?',E;.4 T2

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%ourt-circuit entre pase lintrieur et le#trieur de la cuve

%ourt-circuit entre spires

Masse cuve

Le transformateur est quip de protections de bases suivantes :

Protection D+7%GGJL'K qui prot!e le transformateur contre tout

dfaut apparaissant lintrieur de la cuve.

Protection diffrentielle

Protection masse cuve

%es protections se compltent mutuellement.

III.3.1 Protection !ar relais )*+/0

'out arc lectrique se produisant lintrieur du transformateur produit

un d!a!ement !a3eu# qui monte vers la surface. &uivant limportance

du dfaut0 se fait le basculement des flotteurs0 soit en position

dclencement soit en position alarme. La nature de la couleur du !a3

situe dans laccumulateur qui se trouve la partie suprieur du relais

+7%GGJL'K peut nous rensei!ner sur lori!ine du dfaut.

a3 blancs proviennent de la destruction du papier

a3 )aunes proviennent de la destruction des pices en bois

a3 noir ou !ris proviennent de la dtrioration de luile

III.3.2 Protection di((rentielle

Jn peut reprsenter caque pase du transformateur par le scma

simplifi suivant :

33

n1

"1

",

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i!. """./.,.1 Pase du transformateur

Gors dfaut 21 II =

8n prsence du dfaut0 un courant de diffrence apparat

21( III =

%e courant est compar au courant somme

2

III 2

1+=

Le relais fonctionne lorsque le courant "dreprsente un pourcenta!e 9P

donn du courant somme soit :

I.P)I(

&euil dinsensibilit 9ou seuil bas

6errouilla!e de la protection en bas r!ime. %e seuil de r!la!e est de

;., ;.@ "r9courant de r!la!e.

Mesure du tau# de larmonique ,

7n dtecteur verrouille la protection lorsque la diffrence de courant

contient plus de 14N de larmonique ,.

&euil aut

*fin dassurer un dclencement rapide lors des dfauts importants0 tout

courant "dC @ "r.

III.3.3 Protection masse cue

La protection ampermtrique masse cuve est utilisable pour les

transformateurs G'HM' relis un rseau lectrique dont le neutre est

reli la terre.

34

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Pour les rseau# lectriques dont le neutre est isol0 la protection masse

cuve est assure par un relais de tension omopolaire. Ouand le courant

de dfaut dpasse la valeur de consi!ne0 le relais bascule0 et ordonne

louverture du dis)oncteur.

i!. """././.1 Protection masse cuve

III.4 Protection des lignes lectri#ues

III.4.1 Protection di((rentielle longitudinale

%ette protection est ralise pour les li!nes trs courtes entre 1; et ,;

m.

35

I* TC

Transf+rma",-r

.is/+nc",-r

R,lais

Icc

$%

(is)oncteur

*lternateur

S2

S1

I/+2

I/+1

I++1

I++1

$%

(is)oncteur

*lternateur

Icc

S2

S1

I/+2

I/+1

I++1

I++2

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i!. """.2.1.1 i!. """.2.1.,

&ur la fi!. """.2.1.1 le court-circuit est sur le )eu# de barres de lalternateur

&,0 les courants secondaires la sortie des transformateurs de courant

sont en opposition de pase0 ce que fait que le courant de

fonctionnement du relais de courant $% est nul 9"9f$%?;. La protection

diffrentielle reste aveu!le c--d ne fonctionne pas.

&ur la fi!. """.2.1.,0 la protection diffrentielle fonctionne car le dfaut se

trouve dans la 3one de protection0 et le courant de fonctionnement du

relais de courant !al la somme des courants secondaires des

transformateurs de courant 9"9f$%? "'%1E"'%,.Le courant de r!la!e du relais de courant $% doit prendre en

considration les diffrences des caractristiques des transformateurs de

courant dues la conception.

ma#nscf ">?:$9"

*vec

>sc 9de 1./ 1.2 %oefficient de scurit

"nma# %ourant non quilibr ma#imal

'%

ma#cc

tma#n Q

"

1;;

fi>?"

*vec

>t 9de ;.4 1 %oefficient qui tient compte des '%

i 9;.1 %lasse de prcision des '%

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Q'% $apport de transformation des '%

"ccma# %ourant de court-circuit ma#imal

Le scma !lobal de la protection diffrentielle dune li!ne de transport

de lner!ie lectrique est le mme que celui de lalternateur 9R ".1.

III.4.2 Protection di((rentielle transersale

i!. """.2.,.1 %ourant de court-circuit en fonction de la distance

*u point de court-circuit ST10 le courant de fonctionnement des

relais est nul.

3%

$%

(is)oncteur

I/+2

I/+1

I++2

I++1

)

"'%1

"'%,

"

L 9m

"$

"f 9$

Lp Lm

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*u point de court-circuit ST,0 le courant de fonctionnement des

relais est diffrent de 3ro parce que la distance au point de court-

circuit nest pas !ale.

Le courant de fonctionnement des relais de courant est calcul par

lquation suivante :

( ) ncscf

I'RI =

TC

ma#cc

"nc

2

I

100

fi'I

=

*vec

>sc? 1./ U 1.2%ette protection possde une 3one morte 9lm?1;N de l oV la protection

na!ie pas car les courants de court-circuit sont pratiquement !au#.

III.4.3 Protection ma'imum de courant directionnel

i!. """.2./.1 Points de court-circuit

(ans ce cas0 on ne peut pas utiliser une protection ma#imum de

courant temporise car lors du court-circuit %%1 le temps de

fonctionnement de la protection P, est infrieur celui de la protection

P/0 tandis que lors du court-circuit %%, cest linverse. *ussi0 on constate

au niveau des dis)oncteurs (, et (/ les courants de court-circuit sont en

opposition de pase. Pour remdier cette situation0 on adopte la

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S1 S2

P1 P2 P3 P4

CC1 CC2

I1I2

.1 .2

I3I4

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protection ma#imum de courant directionnel qui utilise un relais de

puissance qui ra!it en fonction du dpasa!e des courants de court-

circuit. Pour les protections P1 8t P, on utilise une protection

ma#imum de courant temporis avec:

-Pour le court-circuit %%10 tf9P2 C tf9P,

-Pour le court-circuit %%,0 tf9P1 C tf9P/

i!. """.2./., &cma de principe de la protection ma#imum de courant

directionnelle

(ans le circuit de caque transformateur de courant on brance deu#

relais 9un relais de courant et un relais de puissance. La mise en srie

des contacts des relais empce le fonctionnement de la protection en

3&

(is)oncteur

+(

+%

RC1

&i!nal

RSRI

TC

R1 RT

a

!

c

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r!ime normal et de surcar!e. Pendant le court-circuit0 le contact du

relais de puissance se ferme selon la valeur de son couple moteur 9selon

le brancement du relais de puissance soit il a!ie pour un couple positif

ou n!atif.

III.4.4 Protection di((rentielle transersale directionnelle

40

a

(is)oncteur

I/+2

I/+1

I++1 I++2

)

$P

bc

$%

+(1

RS

RS

Signal "ligne 1#

Signal "ligne 2#

RI$

RI7

+(,

RC1

RC2

RC3

R1"CC1#

R1"CC2#

R2"CC1#

R2"CC2#

R3"CC1#

R3"CC2#

RI71

RI$1

RI72

RI$2

RS1

RS2

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i!. """.2.2.1 &cma de commande de la protection diffrentielle

transversale directionnelle

Ouand un court-circuit se produit au niveau de la li!ne l10 le contact $%1

se ferme et le contact $P1 9%%1 se ferme si le couple moteur du relais

de puissance est positif0 dans ce cas cest le dis)oncteur (1 de la li!ne l1

qui se dclence. (ans le cas ou cest $P,9%%1 qui se ferme0 la li!ne

l, sera mise ors tension par louverture du dis)oncteur (,.

III.4. enclenchement automati#ue des lignes lectri#ues de

trans!ort

III.4..1 enclenchement automati#ue dune ligne lectri#ue de

trans!ort alimente !ar une seule source

41

Protection

$&

&i!nal

++$"

$"

$&

+(+%1

+%,

$'t

%$'t

$1

%$,+%/

+%2 $"

$'t

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i!. """.2.2.1 &cma de commande de la renclencement automatique

$1 $sistance pour au!menter la stabilit termique

$, $sistance pour r!ler la car!e du condensateur avec t?,; s

Lors dun court-circuit sur la li!ne0 la protection dclence le dis)oncteur

et le contact +%, se ferme. %e dernier e#cite le relais temporis $'t. Le

relais intermdiaire $" sera e#cit par le courant de dcar!e du

condensateur aprs la fermeture du contact temporis $'t dans un

temps de 9;.4 - ;.= s avec ;., s0 temps de dsionisation de lair.

(is)oncteur

+(+%1

+++%, +%/ +%2

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