Protection des réseaux électriques Guide Merlin Gerin 2003

7/22/2019 Protection des rseaux lectriques Guide Merlin Gerin 2003

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rseau protection solutions

A

H

D3

51G

51G 51G 51G

51G

D2 D14

5

3

Protection des rseaux lectriques

2003

Guide

Guide de la protection


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Guide de la protection Sommaire 0

Prsentation 2

Architecture des rseaux

Critres de choix 4

Exemples darchitectures 5

Rgimes de neutre

Cinq modes de liaison la terre du neutre 6

Neutre isol 7

Mise la terre par rsistance 8

Mise la terre par ractance faible 9

Mise la terre par ractance de compensation 10

Neutre direct la terre 11

Courants de court-circuit

Introduction aux courts-circuits 12

Types de courts-circuits 14

Court-circuit aux bornes dun gnrateur 16

Calcul des courants de court-circuit 17

Comportement des matriels au court-circuit 18

Capteurs

Capteurs de courant phase (TC) 19

Capteurs de courant phase (LPCT) 21

Capteurs de courant rsiduel 22

Transformateurs de tension (TT) 23

Fonctions de protection

Caractristiques gnrales 24

Liste des fonctions 26

Fonctions associes 27

Slectivit

Slectivit chronomtrique 28

Slectivit ampremtrique 30

Slectivit logique 31

Slectivit par protection directionnelle 32

Slectivit par protection diffrentielle 33Slectivits combines 34

Protection des rseauxRseau une arrive 36

Rseau deux arrives 38

Rseaux en boucle ouverte 40

Rseaux en boucle ferme 41

Protection des jeux de barres

Types de dfauts et dispositifs de protection 42

Protection des liaisons (lignes et cbles)

Types de dfauts et dispositifs de protection 44

Protection des transformateurs

Types de dfauts 46

Dispositifs de protection 47

Conseils de rglages 48Exemples dapplications 49

Protection des moteurs

Types de dfauts 50


Conseils de rglages 53

Exemples dapplications 54

Protection des gnrateurs

Types de dfauts 55


Conseils de rglages 58

Exemples dapplications 59

Protection des condensateurs

Types de dfauts 60


Conseils de rglages et exemples dapplications 62

Annexes

Glossaire Mots cls et dfinitions 64

Rfrences bibliographiques 66

Index des symboles 67

Index des termes techniques 68


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2

Prsentation


0

Les dispositifs de protection surveillent enpermanence ltat lectrique des lments

dun rseau et provoquent leur mise horstension (par exemple louverture dundisjoncteur), lorsque ces lments sontle sige dune perturbation indsirable :court-circuit, dfaut disolementLe choix dun dispositif de protectionnest pas le fruit dune rflexion isole,mais une des tapes les plus importantesde la conception dun rseau lectrique.A partir de lanalyse du comportementdes matriels lectriques (moteurs,transformateurs) sur dfauts et desphnomnes qui en dcoulent, le prsent

guide a pour but daider choisir lesdispositifs de protection les mieux adapts.

Introduction

Les buts viss par les dispositifs de protection sont multiples :

b

participer la protection des personnes contre les dangers lectriques,

b

viter les dtriorations de matriel (un court-circuit triphas sur un jeu de barresmoyenne tension peut faire fondre jusqu 50 kg de cuivre en 1 seconde ;la temprature de larc peut dpasser en son centre 10000 C),

b

limiter les contraintes thermiques, dilectriques et mcaniques auxquellessont soumis ces matriels,

b

prserver la stabilit et la continuit de service du rseau,

b

protger les installations voisines (par exemple, rduire les tensions induitesdans les circuits proches).

Pour atteindre ces objectifs, un systme de protection doit avoir des qualitsde rapidit, slectivit et fiabilit.Cependant, il faut tre conscient des limites de la protection : les dfauts doiventtout dabord se produire pour quelle agisse.La protection ne peut donc empcher les perturbations ; elle ne peut que limiter leurseffets et leur dure. De plus, le choix dune protection est souvent un compromistechnico-conomique entre la scurit et la disponibilit de lalimentation en nergie

lectrique.

Etude des protections dun rseau

Ltude des protections dun rseau se dcompose en 2 tapes distinctes :

b

la dfinition du systme de protection, encore appele plan de protection,b

la dtermination des rglages de chaque unit de protection, encore appelecoordination des protections ou slectivit.

Dfinition du systme de protection

Cest le choix des lments de protection et de la structure globale de lensemble,de faon cohrente et adapte au rseau.Le systme de protection se compose dune chane constitue des lmentssuivants (fig. 1) :

b

capteurs de mesure courant et tension fournissant les informations de mesure

ncessaires la dtection des dfauts,

b

relais de protection, chargs de la surveillance permanente de ltat lectriquedu rseau, jusqu llaboration des ordres dlimination des parties dfectueuses,et leur commande par le circuit de dclenchement,

b

organes de coupure dans leur fonction dlimination de dfaut : disjoncteurs,interrupteurs-fusibles, contacteurs-fusibles.

Le plan de protection

dfinit les dispositifs de protection contre les principauxdfauts affectant les rseaux et les machines :

b

les courts-circuits, entre phases et phase-terre,

b

les surcharges,

b

les dfauts propres aux machines tournantes.

Pour tablir un plan de protection, les paramtres suivants sont prendre en compte :

b

larchitecture et la taille du rseau et ses diffrents modes dexploitation,b

les schmas de liaison la terre,b

les caractristiques des sources de courant et leurs contributions en cas de dfaut,

b

les types de charges,b

le besoin de continuit de service.

Dtermination des rglages des units de protectionChaque fonction de protection est rgler afin dobtenir les performances optimalesdans lexploitation du rseau et pour tous les modes de fonctionnement.Les valeurs de rglage adaptes sont issues de calculs complets bass surles caractristiques dtailles des lments de linstallation.Ce type dtude seffectue maintenant couramment laide doutils logicielsspcialiss ; le comportement du rseau sur anomalie est ainsi expliqu,et les valeurs de rglage sont donnes pour chaque fonction de protectionconcerne.

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Fig. 1 : chane de protection

Capteur

Coupure

Mesure

Commande

Relais deprotection

Traitement


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3

Prsentation


0

Contenu du guide

Ce guide sadresse toute personne en charge de ltude des protectionsdun rseau.Il se dcompose en 2 parties :

b

partie 1 : Etude de rseau,

b

partie 2 : Solution par application.

Etude de rseau

Partie thorique dtaillant les bases ncessaires ltude dun plan de protectionet traitant des questions suivantes :

b

architecture des rseaux lectriques: quelles sont les principales structuresde rseaux lectriques en moyenne tension ?

b

rgimes de neutre : quels sont les diffrents modes de liaison la terre des rseauxmoyenne tension, et comment en faire un choix adapt ?

b

courants de court-circuit : comment sont-ils caractriss, comment les calcule-t-on,comment les matriels lectriques y ragissent-ils ?

b

capteurs de mesure : comment utiliser les transformateurs de mesure de courantet de tension ?

b

fonctions de protection : quelles fonctions remplissent les protections,et quel est leur classement selon la codification ANSI ?

b

slectivit des protections : quelles sont les mthodes employes pour assurerune bonne limination des dfauts ?

La dtermination prcise des rglages des protections nest pas traite dansce guide.

Solution par application

Partie pratique prsentant les types de dfauts propres chaque application :b

rseaux,b

jeux de barres,

b

lignes et cbles,

b

transformateurs,

b

moteurs,

b

gnrateurs,

b

condensateurs,et les dispositifs de protection adapts chaque dfaut, avec des conseilsde rglage et des exemples dapplication.

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Fig. 1 : plan de protection

49

51

51N

5151NA

B

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Fig. 2 : exemple dapplication moteur

38/49T

266349T

M

121427D27R

4648 - 51LR49RMS5151G6687T


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Architecture des rseaux

Exemples darchitectures

0

Simple antenne Double antenne

Lgende :

NF : normalement ferm

NO : normalement ouvert

Tous les appareilsde coupure sans lgendesont normalement ferms

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Double drivation Double jeu de barres

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Boucle ouverte Boucle ferme

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Production locale Production de remplacement (normal/secours)

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DE55368

NF

ouNO

NO

NO

NF

NO

NFouNO

NF

NO

NF NO

NF NO

NO NF

NFouNO

NF NO NO NF

NF NF NF NFNF NO

NFouNO

NF NF NF NFNF NF

NFouNO

GG

NFouNO

NFouNO

NF

NO

G

normal/secours


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Rgimes de neutre

Cinq modes de liaison la terredu neutre

0

Le choix de la mise la terre du neutre desrseaux MT et HT a t pendant longtemps

un sujet de controverses passionnes,compte tenu de limpossibilit de trouverun compromis unique pour les diffrentstypes de rseaux.Lexprience acquise permet aujourdhuideffectuer un choix pertinent en fonctiondes contraintes propres chaque rseau.Dans ce chapitre sont comparsles diffrents types de liaison la terredu neutre, qui se distinguent par leur modede raccordement du point neutreet leur technique dexploitation.

Impdance de mise la terre

Le potentiel du neutre peut tre fix par rapport la terre par cinq mthodesdiffrencies par la nature (capacit, rsistance, inductance), et la valeur (zro linfini) de limpdance ZN de liaison que lon connectera entre neutre et terre :

b

ZN =

: neutre isol, pas de liaison intentionnelle,bZN est une rsistancede valeur plus ou moins leve,bZN est une ractance, de valeur faible en gnral,bZN est une ractance de compensation, destine compenser la capacitdu rseau,bZN = 0 : le neutre est reli directement la terre.

Difficults et critres de choixLes critres de choix concernent de multiples aspects :btechniques (fonction du rseau, surtensions, courant de dfaut, etc.),bdexploitation (continuit de service, maintenance),bde scurit,bconomiques (cots dinvestissements, dexploitation),bhabitudes locales ou nationales.

En particulier, deux considrations techniques importantes sont contradictoires :

Rduire le niveau des surtensionsDes surtensions trop importantes sont lorigine du claquage dilectriquedes isolants lectriques, avec des courts-cicuits comme consquence.Les surtensions ont plusieurs origines :bsurtensions de foudre auxquelles sont exposs tous les rseaux ariensjusquau point de livraison aux usagers,bsurtensions internes au rseau engendres par les manuvres et certainessituations critiques (rsonances),bsurtensions rsultant du dfaut la terre lui-mme et de son limination.

Rduire le courant de dfaut la terre (Ik1) (fig. 1)Un courant de dfaut trop lev entrane toute une srie de consquences :bdgts par larc au point de dfaut ; en particulier, fusion des circuits magntiquesdes machines tournantes,

btenue thermique des crans de cble,bdimensions et cot de la rsistance de mise la terre,binduction dans les circuits de tlcommunications voisins,bdanger pour les personnes, par lvation du potentiel des masses.

Malheureusement, loptimisation de lune de ces exigences entrane automatiquementla dgradation de lautre. Ainsi, deux mthodes typiques de mise la terre du neutreaccentuent ce contraste :ble neutre isol, qui supprime la circulation dans le neutre du courant de dfaut terre,mais gnre des surtensions plus importantes,ble neutre la terre direct, qui rduit au minimum les surtensions, mais provoqueun courant de dfaut lev.

En ce qui concerne les considrations dexploitation, on notera selon le modede liaison la terre du neutre adopt :bla possibilit ou non de fonctionner lors dun premier dfaut maintenu,bla valeur des tensions de contact dveloppes,

bla plus ou moins grande simplicit de mise en uvre de la slectivitdes protections.

Ainsi le choix se portera souvent sur une solution intermdiaire de neutre reli la terre par impdance.

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Fig. 1 : schma quivalent dun rseau sur dfaut la terre

ZN CCCIk1

Synthse des caractristiques des rgimes de neutre

Caractristiques Rgimes de neutre

isol compens rsistance ractance direct

Amortissement des surtensions transitoires + + + + +

Limitation des surtensions 50 Hz + + +

Limitation des courants de dfaut + + + + +

Continuit de service(autorisation du non dclenchement au premier dfaut)

+ +

Protection slective simple + + +

Dispense dun personnel qualifi + + +Lgende : +bon

mdiocre


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Rgimes de neutre Neutre isol 0

Schma de principeIl nexiste aucune liaison lectrique intentionnelle entre le point neutre et la terre, lexception des appareils de mesure ou de protection.

Technique dexploitationDans un tel rseau, un dfaut phase-terre ne provoque quun faible courantpar lintermdiaire des capacits phase-terre des phases saines (fig. 1).On dmontre que Ik1= 3 C VbV tant la tension simple,bC la capacit dune phase par rapport la terre,bla pulsation du rseau avec = 2 f

Le courant de dfaut Ik1 peut subsister longtemps en principe sans dommagescar il ne dpasse pas quelques ampres (2 A par km environ pour un cbleunipolaire 6 kV de 150 mm2de section isol au PRC dont la capacit estde 0,63 F/km). Il nest donc pas ncessaire dintervenir pour liminer ce premierdfaut, ce qui confre cette solution lavantage essentiel de maintenir la continuitde service.

Mais ceci entrane des consquences :blisolement doit tre surveill en permanence, et un dfaut non encore limin doittre obligatoirement signal par un contrleur permanent disolement (CPI)ou par une protection maximum de tension rsiduelle (ANSI 59N) (fig. 2),bla recherche ultrieure du dfaut exige dune part un appareillage dautant pluscomplexe quil est automatique, pour permettre une identification rapide du dparten dfaut, et dautre part un service entretien qualifi pour lexploiter,bau cas o le premier dfaut nest pas limin, un deuxime dfaut survenant surune autre phase va provoquer un vritable court-circuit biphas par la terre, lequelsera limin par les protections de phase.

AvantageLavantage essentiel est la continuit de service du dpart en dfaut parce quele courant de dfaut trs faible permet de ne pas dclencher automatiquementau premier dfaut ; cest un deuxime dfaut qui ncessitera une coupure.

InconvnientsbLa non-limination des surtensions transitoires par coulement la terreest un handicap majeur si elles sont leves.bDe plus, en cas de mise la terre dune phase, les autres se trouvent portes la tension compose frquence industrielle (U = 3V ) par rapport la terre,ce qui renforce la probabilit dun second dfaut. Le cot disolement est plus levcar la tension compose reste applique entre phase et terre pendant une durequi peut tre longue puisquil ny a pas de dclenchement automatique.bLa surveillance de lisolement est obligatoire, avec signalisation du premier dfaut.bUn service entretien quip du matriel adquat pour la recherche rapidedu premier dfaut disolement est ncessaire.bLa mise en uvre de protections slectives au premier dfaut est dlicate.bIl y a des risques de surtensions cres par ferrorsonance.

ProtectionLa dtection du dpart en dfaut peut se faire par lemploi dune protection maximum de courant terre directionnelle (ANSI 67N) (fig. 3).Le schma montre que la discrimination se fait par comparaison de langlede dphasage entre la tension rsiduelle et les courants rsiduels, dune partdu dpart en dfaut et dautre part de chaque dpart sain.La mesure du courant seffectue par un tore et le seuil de dclenchement est rgl : pour ne pas dclencher intempestivement, une valeur infrieure la somme des courants capacitifs de tous les autresdparts.Il sensuit une difficult de dtection pour les rseaux peu tendus, soit quelquescentaines de mtres de cble.

ApplicationsCest une solution souvent utilise pour les rseaux industriels (15 kV) ncessitant

la continuit de service.En distribution publique, cette solution se retrouve en Espagne, Italie et Japon.

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02

Fig. 1 : courant de dfaut capacitif sur rseau isol

V

Ic

CCCIk1

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Fig. 2 : contrleur permanent disolement

CP I

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Fig. 3 : dtection par maximum de courant terre directionnelle

A67N

IrsdA IrsdB

B67N

Ik1

V0

IrsdA

V0

IrsdB

V0


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Rgimes de neutre Mise la terre par rsistance 0

Schma de principeUne rsistance est connecte volontairement entre le point neutre et la terre.

Technique dexploitationDans ce type de schma, limpdance rsistive limite le courant de dfaut la terre Ik1, tout en permettant un bon coulement des surtensions.Mais par consquent, des protections doivent intervenir automatiquementpour liminer le premier dfaut. Dans les rseaux alimentant des machinestournantes, la valeur de la rsistance est dtermine pour obtenir un courant Ik1de 15 50 A. Mais il faut que ce courant faible soit nanmoins IRN 2 Ic(avec Ic : courant capacitif total du rseau) pour rduire les surtensionsde manuvre et permettre une dtection simple.Dans les rseaux de distribution, on adopte des valeurs plus leves (100 A 300 A)plus faciles dtecter et permettant lcoulement des impulsions de foudre.

AvantagesbCe schma est un bon compromis entre un courant de dfaut faible

et des surtensions bien coules.bIl nexige pas lemploi de matriels ayant un niveau disolement entre phaseet terre dimensionn pour la tension compose.bLes protections sont simples, slectives et le courant est limit.

InconvnientsbLa continuit de service du dpart en dfaut est dgrade ; en effet, en casde dfaut terre, celui-ci doit tre limin aussitt (coupure au premier dfaut).bLe cot de la rsistance de mise la terre crot avec la tension et le courant limit.

Ralisation de la mise la terre du point neutrebSi le neutre du rseau est accessible (existence denroulements coupls en toileavec neutre sorti), la rsistance de mise la terre peut tre branche, soit entreneutre et terre (fig. 1), soit par lintermdiaire dun transformateur monophas chargau secondaire par une rsistance quivalente (fig. 2).

bLorsque le neutre nest pas accessible (enroulement en triangle) ou lorsque ltudedu plan de protection en dmontre lintrt, on ralise un point neutre artificiel parun gnrateur homopolaireraccord sur le jeu de barres ; il est ralis avecun transformateur spcial trs faible ractance homopolaire :vtransformateur toile triangle dont le neutre primaire est directement mis la terre,et le triangle ferm sur rsistance de limitation (isolement BT, donc solution la moinsonreuse) (fig. 3),vtransformateur toile triangle avec rsistance de limitation (isolement HT) entrele point neutre du primaire et la terre, et triangle ferm sur lui-mme ; cette solutionest moins utilise (fig. 4).

ProtectionsLa dtection dun courant de dfaut Ik1 faible ncessite des protections diffrentesde celles de surintensit phases (fig. 5).Ces protections de terre dtectent le courant de dfaut :

bsoit directement dans la liaison du neutre la terre 1,bsoit dans le rseau en mesurant la somme vectorielle des 3 courants en utilisant :vsoit 3 capteurs de courant de phase alimentant les protections 2,vsoit un tore 3: mesure prcise utiliser de prfrence.

Le rglage du seuil se fait en fonction du courant de dfaut Ik1 calcul en ngligeantles impdances homopolaires de source et de liaison par rapport limpdance RNet en tenant compte des 2 rgles :brglage > 1,3 fois l capacitif du rseau en aval de la protection,brglage de lordre de 10 20 % du courant maximum de dfaut la terre.

De plus, si la dtection est ralise par 3 TC, le rglage se situe, compte tenu destechnologies actuelles, dans une fourchette de 5 30 % du calibre des TC pour tenircompte de lincertitude lie :b lasymtrie des courants transitoires,b la saturation des TC,b la dispersion des performances.

ApplicationsRseaux MT de distribution publique et industrielle.

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05

Fig. 1 : Ralisations de mise la terre pour neutre accessible :rsistance entre neutre et terre

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Fig. 2 : Ralisations de mise la terre pour neutre accessible :rsistance au secondaire dun transformateur monophas

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Ralisations de mise la terre pour neutre non accessible :

Fig. 3 : rsistance delimitation au secondaire

Fig. 4 : rsistance delimitation au primaire

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Fig. 5 : solutions de protection terre

Ic

Ik1RN

IRN

RN

RN

RN

51N

51G 51G

1 2 3

RN


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Rgimes de neutre Mise la terre par ractance faible0

Schma de principeUne ractance est intercale volontairement entre le point neutre et la terre.Pour les rseaux de tension suprieure 40 kV, on prfre utiliser une ractanceplutt quune rsistance pour des raisons de difficult de ralisation duesau dgagement de chaleur en cas de dfaut (fig. 1).

Technique dexploitationDans ce type de schma, limpdance selfique limite le courant de dfaut la terreIk1, tout en permettant un bon coulement des surtensions. Mais par consquent,des protections doivent intervenir automatiquement pour liminer le premier dfaut.Pour rduire les surtensions de manuvre et permettre une dtection simple, il fautque le courant IL soit trs suprieur au courant capacitif total du rseau Ic.Dans les rseaux de distribution, on adopte des valeurs leves (300 1000 A),faciles dtecter et permettant lcoulement des surtensions de foudre.

AvantagesbCe schma permet de limiter lamplitude des courants de dfaut.

bIl permet la mise en uvre de protections slectives simples si le courantde limitation est trs suprieur au courant capacitif du rseau.bLa bobine, de faible rsistance, na pas dissiper une puissance thermiqueleve, ce qui rduit son dimensionnement.bEn haute tension, le cot de cette solution est plus avantageux quavecune rsistance.

InconvnientsbLa continuit de service du dpart en dfaut est dgrade : en cas de dfaut terre,celui-ci doit tre limin aussitt (coupure au premier dfaut).bLors de llimination des dfauts terre, des surtensions importantes peuventapparatre, dues des rsonances entre la ractance et la capacit du rseau.

Ralisation de la mise la terre du point neutrebSi le neutre est accessible (enroulements coupls en toile avec neutre sorti),

la ractance de mise la terre peut tre branche entre neutre et terre.bLorsque le neutre nest pas accessible (enroulement en triangle) ou lorsque ltudedu plan de protection en dmontre lintrt, on ralise un point neutre artificiel parune bobine de point neutre(BPN) raccorde sur le jeu de barres ; elle est ralisepar une bobine zigzag avec neutre sorti (fig. 2).Limpdance entre les deux parties de lenroulement, essentiellement selfiqueet faible, limite le courant des valeurs suprieures 100 A.Lajout dune rsistance de limitation entre le point neutre de la bobine et la terrepermet dabaisser lamplitude du courant de dfaut (isolement HT).

ProtectionsbLe rglage de la protection se situe au niveau de 10 20 % du courant de dfautmaximum.bLa protection est moins contraignante que dans le cas de la mise la terre parrsistance, dautant plus que ILN est important puisque Ic est infrieur au courant

limit.

ApplicationsRseaux MT de distribution publique (courants de plusieurs centaines dampres).

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09

Fig. 1 : ralisation de mise la terre pour neutre accessible

Ic

Ik1ILNLN

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Fig. 2 : ralisation de mise la terre pour neutre non accessible

LN


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Rgimes de neutre Mise la terre par ractancede compensation 0

Schma de principeUne ractance accorde sur la capacit phase-terre totale du rseau est intercaleentre le point neutre et la terre de sorte quen prsence dun dfaut la terre,le courant dans le dfaut est voisin de zro (fig. 1).

Technique dexploitationCe systme permet de compenser le courant capacitif du rseau.En effet, le courant de dfaut est la somme des courants qui parcourent les circuitssuivants :bla mise la terre par ractance,bles capacits des phases saines par rapport la terre.Ces courants se compensent puisque :blun est selfique (dans la mise la terre),blautre est capacitif (dans les capacits des phases saines).Ils sajoutent donc en opposition de phase.En pratique, la faible rsistance de la bobine fait circuler un petit courant rsistifde quelques ampres (fig. 2).

AvantagesbCe systme permet de diminuer les courants de dfaut mme si la capacit phase-terre est grande : extinction spontane des dfauts la terre non permanents.bA lendroit du dfaut, les tensions de contact sont limites.bLe maintien en service de linstallation est assur malgr un dfaut permanent.bLe signalement du premier dfaut est donn par la dtection du passagedu courant dans la bobine.

InconvnientsbLe cot de la ractance de mise la terre peut tre lev en raison de la ncessitde modifier la valeur de la ractance pour adapter la compensation.bPendant la dure du dfaut, il faut sassurer que le courant rsiduel circulantne prsente pas de danger pour les personnes et les biens.bLes risques de surtension transitoire sur le rseau sont importants.

bLa prsence dun personnel de surveillance est ncessaire.bLa mise en uvre de protections slectives au premier dfaut est dlicate.

ProtectionLa dtection du dfaut est base sur la composante active du courant rsiduel.En effet, le dfaut provoque la circulation de courants rsiduels dans lensembledu rseau, mais seul le circuit en dfaut est parcouru par un courant rsiduel rsistif.De plus, les dispositifs de protection doivent tenir compte des dfauts autoextincteursrptitifs (dfauts rcurrents).Lorsque la ractance de la mise la terre et la capacit du rseau sont accordes(3 LN C 2= 1)ble courant de dfaut est minimum,bcest un courant rsistif,ble dfaut est autoextincteur.La ractance de compensation sappelle alors bobine dextinction, ou bobine

de Petersen.

ApplicationRseaux de distribution MT avec une valeur de Ic leve.

DE552

11

Fig. 1 : dfaut la terre dans un rseau avec ractancede compensation la terre

DE55212

Fig. 2 : diagramme vectoriel des courants lors du dfaut terre

Ic

Ik1

ILN + IR

R LN

V0tension rsiduelle

ILcourant dans la ractance

Iccourant capacitif

Ik1

IR


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Rgimes de neutre Neutre direct la terre 0

Schma de principeUne liaison lectrique dimpdance nulle est ralise intentionnellement entrele point neutre et la terre.

Technique dexploitationLe neutre tant mis la terre sans impdance de limitation, le courant de dfaut Ik1entre phase et terre est pratiquement un court-circuit phase neutre, donc de valeurleve (fig. 1).La coupure se fait au premier dfaut disolement.

AvantagesbCe schma est idal pour lcoulement des surtensions.bIl permet lemploi de matriels ayant un niveau disolement dimensionnpour la tension simple.bIl ny a pas de protections spcifiques : les protections normales de surintensitsde phases peuvent tre sollicites pour liminer les dfauts phase-terre francs.

InconvnientsbCe schma entrane tous les inconvnients et dangers dun fort courantde dfaut terre : dgts et perturbations sont maximaux.bIl ny a pas de continuit de service du dpart en dfaut.bLe danger pour le personnel est important pendant la dure du dfautcar les tensions de contact qui se dveloppent sont leves.

ProtectionLa dtection de dfaut impdant se fait par lutilisation dune protection maximumde courant terre temporise (ANSI 51N), le rglage tant de lordre du courantnominal.

ApplicationsbCe type de schma nest pas utilis dans les rseaux MT europens ariens

ou souterrains, mais par contre gnralis dans les rseaux de distributionnord-amricains. Dans ces rseaux (ariens), dautres particularits interviennentpour justifier ce choix :vexistence dun conducteur neutre distribu,vdistribution 3 phases ou 2 phases et neutre ou phase et neutre,vutilisation du conducteur neutre comme conducteur de protection avec mise la terre systmatique chaque poteau.bCe type de schma peut tre utilis quand la puissance de court-circuitde la source est faible.

DE552

13

Fig. 1 : dfaut la terre dans un rseau neutre direct la terre

Ic

Ik1IN


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Courants de court-circuit Introduction aux courts-circuits 0

Le court-circuit est lun des incidentsmajeurs qui peuvent affecter les rseaux

lectriques.Ce chapitre dcrit les courts-circuits,leurs effets sur les rseaux et leursinteractions sur les matriels.Il donne galement lapprochemthodologique pour calculer courantset tensions lors de courts-circuits,et indique les formules essentielles.

DfinitionsbUn court-circuit est une liaison accidentelle entre conducteurs impdance nulle(court-circuit franc) ou non (court-circuit impdant).

bUn court-circuit peut tre interne sil est localis au niveau dun quipement,ou externe sil se produit dans les liaisons.bLa dure dun court-circuit est variable : autoextincteur si le dfaut est trop courtpour dclencher la protection ; fugitif lorsque limin aprs dclenchementet renclenchement de la protection ; permanent sil ne disparat pas aprsdclenchement de la protection.bLes causes de court-circuit sont dorigines mcanique (coup de pelle,branche, animal), lectrique (dgradation disolant, surtension), humaine(erreur de lexploitant).

. Effets des courants de court-circuitLes consquences des courts-circuits sont souvent graves sinon dramatiques :ble court-circuit perturbe lenvironnement du rseau autour du point de dfautpar le creux de tension brutal quil entrane,bil contraint mettre hors service, par le jeu des protections appropries,

une partie souvent importante du rseau,btous les matriels et liaisons (cbles, lignes) traverss par le court-circuit subissentune forte contrainte mcanique (efforts lectrodynamiques) qui peut entranerdes ruptures, une contrainte thermique pouvant entraner la fusion des conducteurset la destruction des isolants,bau point de dfaut se manifeste le plus souvent un arc lectrique de forte nergie,dont les effets destructeurs sont trs importants, et qui peut se propager trs rapidement.Malgr la probabilit de plus en plus faible dapparition dun court-circuit dansles installations modernes, bien conues et bien exploites, les consquencesgraves qui peuvent en rsulter incitent tout mettre en uvre pour dtecteret liminer trs rapidement tout court-circuit.La connaissance de la valeur du courant de court-circuit en diffrents pointsdu rseau est une donne indispensable pour dfinir les cbles, jeux de barreset tous matriels dinterruption et de protection ainsi que leurs rglages.

Caractrisation des courts-circuitsPlusieurs types de courts-circuits peuvent se produire dans un rseau lectrique :bcourt-circuit triphas: il correspond la runion des trois phases ; il est celuiprovoquant gnralement les courants les plus levs (fig. 2).bcourt-circuit monophas terre: il correspond un dfaut entre une phaseet la terre ; il est le plus frquent (fig. 3).bcourt-circuit biphas isol: il correspond un dfaut entre deux phases soustension compose. Le courant rsultant est plus faible que dans le cas du dfauttriphas, sauf lorsquil se situe proximit immdiate dun gnrateur (fig. 4).bcourt-circuit biphas terre: il correspond un dfaut entre deux phaseset la terre (fig. 5).

Le courant de court-circuit en un point dun rseau sexprime par la valeur efficaceIk(en kA) de sa composante alternative (fig. 6).La valeur instantanemaximale que peut atteindre le courant de court-circuit estla valeur de crte Ipde la premire demi-alternance. Cette valeur de crte peut trebeaucoup plus leve que 2Ik en raison de la composante continue IDC

amortie qui peut se superposer la composante alternative.Cette composante continue dpend de la valeur instantane de la tension linstantinitial du court-circuit, et des caractristiques du rseau. Ce dernier est dfini parla puissance de court-circuit, selon lexpression :Scc =3333Un Ik(en MVA).Cette valeur fictive na aucune ralit physique ; cest une grandeur conventionnellepratique assimilable une puissance apparente.

DE55355

DE55356

Fig. 1 : caractrisation dun courant de court-circuit :schma quivalent

DE55229

Fig. 6 : courbe type dun courant de court-circuit

A

B

Icc

Zcc

R X

E

I

Ia = I sin( t + )

Instant du dfaut

Icc = Ia + Ic

Ic = I sin e

t

R tL

Ip

22Ik

Composante continue

Temps(t)

Courant (I)

DE55215

Fig. 2 : court-circuit triphas (5 % des cas) Fig. 4 : court-circuit biphas isol

DE55216

Fig. 3 : court-circuit monophas (80 % des cas) Fig. 5 : court-circuit biphas terre

Ph 1

Ph 2

Ph 3

Ph 1

Ph 2

Ph 3

Ph 1

Ph 2

Ph 3

Ph 1

Ph 2

Ph 3


14/7413

Courants de court-circuit Introduction aux courts-circuits 0

Composantes symtriquesEn fonctionnement normal quilibr symtrique, ltude des rseaux triphassse ramne celle dun rseau monophas quivalent, caractris par les tensionssimples, les courants de phase, et les impdances du rseau (appeles impdancescycliques). Ds quapparat une dissymtrie significative dans la configurationou le fonctionnement du rseau, la simplification nest plus possible : on ne peutalors tablir simplement les relations lectriques dans les conducteurs laidedes impdances cycliques.On emploie la mthode des composantes symtriques, qui consiste ramenerle systme rel la superposition de trois rseaux monophass indpendants,appels selon que lon est en France ou dans les pays anglo-saxons :bsystme direct (d) ou squence positive (1),bsystme inverse (i) ou squence ngative (2),bsystme homopolaire ou squence nulle (0).Pour chaque systme respectivement d, i, 0, les tensions Vd, Vi, V0 et les courantsId, Ii, I0 sont lis par les impdances Zd, Zi, Z0 du mme systme.Les impdances symtriques sont fonction des impdances relles, notammentdes inductances mutuelles.

La notion de composantes symtriques stend galement aux puissances.

La dcomposition en composantes symtriques nest pas uniquement un artificede calcul, mais correspond bien une ralit physique des phnomnes : on peuten effet mesurer directement les composantes symtriques tensions, courants,impdances dun systme dsquilibr.Les impdances directe, inverse, homopolaire dun lment de rseau sontles impdances prsentes par cet lment soumis des systmes de tensionrespectivement triphas direct, triphas inverse, phase-terre sur trois phasesen parallle.Les gnratrices produisent la composante directe de la puissance ; les dfauts

peuvent produire les composantes inverse et homopolaire.Dans les moteurs, la composante directe cre le champ tournant utile, alors quela composante inverse est lorigine dun champ tournant de freinage.Pour les transformateurs, un dfaut la terre cre une composante homopolairequi est lorigine dun champ homopolaire se refermant par la cuve.

V1 Vd Vi V0+ +=

V2 a2 Vd a Vi V0+ +=

V3 a Vd a2 Vi V0+ +=

a ej

23

-------=avec

Vd13--- V1 a V2 a2+ V3+( )=

Vi13--- V1 a2 V2 a+ V3+( )=

V01

3--- V1 V2 V3+ +( )=

a ej

23

-------=avec

DE55214

Dcomposition dun systme triphas en composantes symtriques

V3d

V1d

V10

V20 t

t

V30

V1i

V3 i

V2 i

V1

V2

V3

V2d

Direct Inverse Homopolaire

t t


15/7414

Courants de court-circuit Types de courts-circuits 0

Court-circuit triphas entre conducteurs de phase(fig. 1)La valeur du courant de court-circuit triphas en un point F du rseau est :

o U dsigne la tension entre phases au point F avant lapparition du dfaut et Zcclimpdance quivalente du rseau amont vue du point de dfaut.Ce calcul est donc simple en principe ; sa complexit pratique rsulte de la difficult calculer Zcc, impdance quivalente toutes les impdances unitaires en srie eten parallle des composants du rseau situs en amont du dfaut. Ces impdancessont elles-mmes la somme quadratique de ractances et rsistances :

Une simplification importante consiste en particulier connatre la puissancede court-circuit Scc au point de raccordement du rseau du distributeur ;on en dduit limpdance Za quivalente en amont de ce point :

De mme, la source de tension nest pas unique ; il peut y avoir plusieurs sources

en parallle, en particulier les moteurs synchrones et asynchrones qui secomportent sur court-circuit comme des gnrateurs.Le courant de court-circuit triphas est gnralement le courant le plus levqui peut circuler dans le rseau.

Court-circuit monophas entre conducteurde phase et terre(fig. 2)La valeur de ce courant dpend de limpdance ZN situe entre le neutre et la terre;cette impdance peut tre quasiment nulle si le neutre est directement mis la terre(en srie avec la rsistance de mise la terre) ou au contraire quasiment infiniesi le neutre est isol (en parallle avec la capacit phase-terre du rseau).

La valeur du courant de dfaut phase-terre est :

Ce calcul est ncessaire dans les rseaux o le neutre est reli la terrepar une impdance ZN, pour dterminer le rglage des protections de terrequi doivent intervenir pour couper le courant de dfaut la terre.Lorsque Zd, Zi et Z0 sont ngligeables par rapport ZN, alors :

Cest par exemple le cas dune limitation de Ik1 20 ampres dans un rseau MTaliment par un transformateur dalimentation de forte puissance (10 MVA).

DE552

17

Fig. 1 : court-circuit triphas

F

Ik3

ZN

Zcc

Zcc

Zcc

U

DE55219

Modlisation du court-circuit triphas selon les composantes symtriques

Ik 3U

3 Zcc------------------------=

Zcc R2 X2+=

aU2

Sc c-----------= Ic c

U

3 Za--------------------=

IdE

Zd-------=

Ii I0 0= =

Vd Vi V0 0= = =

Id

Vd

Ii

Vi

I0

V0

Zd

Zi

Z0

E

DE55218

Fig. 2 : court-circuit entre phase et terre

ZNIk1

Zcc

Zcc

Zcc

U

DE55220

Modlisation du court-circuit monophas selon les composantes symtriques

Ik 13 U

Zd Zi Z0 3ZN+ + +( )---------------------------------------------------------=

Ik 1 U

3 ZN---------------------=

Id Ii I0E

Zd Zi Z0 3Z+ + +-----------------------------------------------= = =

VdE Zi Z0 3Z+ +( )

Zd Zi Z0 3Z+ + +-----------------------------------------------=

ViZi E

Zd Zi Z0 3Z+ + +-----------------------------------------------=

V0Z0 E

Zd Zi Z0 3Z+ + +-----------------------------------------------=

Id

Vd

Ii

Vi

I0

V0

Zd

Zi

Z0

3Z

E


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Courants de court-circuit Types de courts-circuits 0

Court-circuit biphas entre conducteurs de phase(fig. 1)La valeur du courant de court-circuit biphas en un point du rseau est :

Dans le cas dun rseau aliment par un transformateur (dfaut loign des sources),la valeur du courant de court-circuit biphas en un point du rseau est :

Le courant de court-circuit biphas est alors plus faible que pour le triphas,dans le rapport de 3/2, soit environ 87 %.Dans le cas de dfaut proche dun gnrateur (Zi Zd), le courant peut tresuprieur au cas du dfaut triphas.

Court-circuit biphas entre conducteurs de phaseet terre(fig. 2)En cas de dfaut franc loign des sources, la valeur du courant de court-circuitbiphas la terre est :

DE552

21

Fig. 1 : court-circuit biphas

ZN

Ik2

Zcc

Zcc

Zcc

U

DE55224

Modlisation du court-circuit biphas selon les composantes symtriques

Ik 2U

Zd Zi+--------------------=

Ik 2U

2 Zcc--------------------=

IdE

Zd Zi Z+ +------------------------------=

IiE

Zd Zi Z+ +------------------------------=

I0 0=

Vd E Zi Z+( )Zd Zi Z+ +------------------------------=

ViE Z2

Zd Zi Z+ +------------------------------=

V0 0=

Id

Vd

Ii

Vi

I0

V0

Zd

Zi

Z0

E

Z

DE55222

Fig. 2 : court-circuit biphas terre

ZNIkE2E

Ik2E

Zcc

Zcc

Zcc

U

DE55225

Modlisation du court-circuit biphas terre selon les composantes symtriques

IkE2E3 U

Zd 2Z0+( )

------------------------------=

IdE Zi Z0 3Z+ +( )

Zd Zi 3Z Z0+( ) Zd Zi+( )+----------------------------------------------------------------------------------=

IiE Z0 3Z+( )

Zd Zi 3Z Z0+( ) Zd Zi+( )+----------------------------------------------------------------------------------=

I0E Zi

Zd Zi 3Z Z0+( ) Zd Zi+( )+----------------------------------------------------------------------------------=

Id

Vd

Ii

Vi

I0

V0

Zd

Zi

Z0

E

3Z


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Courants de court-circuit Court-circuit aux bornesdun gnrateur 0

Le calcul du courant de court-circuit aux bornes dun gnrateur synchrone estplus complexe quaux bornes dun transformateur raccord au rseau.Ceci rsulte du fait quon ne peut pas considrer limpdance interne de la machine

comme constante aprs le dbut du dfaut. Elle saccrot progressivement,donc le courant diminue en passant par trois priodes caractristiques :bsubtransitoire(0,01 0,1 s environ) : le courant de court-circuit (valeur efficacede la composante alternative) est lev ; 5 10 fois le courant nominal permanent.btransitoire(entre 0,1 et 1 s) : le courant de court-circuit dcrot jusqu atteindreentre 2 6 fois le courant nominal.bpermanent: le courant de court-circuit chute entre 0,5 et 2 fois le courant nominal.Les valeurs donnes dpendent de la puissance de la machine, de son modedexcitation et, pour le courant permanent, de la valeur du courant dexcitation,donc de la charge de la machine, au moment du dfaut.De plus, limpdance homopolaire des alternateurs est en gnral 2 3 fois plusfaible que leur impdance directe ; le courant de court-circuit phase-terre sera alorsplus lev que le courant triphas.A titre de comparaison, le court-circuit triphas permanent aux bornes duntransformateur schelonne de 6 20 fois le courant nominal suivant la puissance.On peut donc conclure que les courts-circuits aux bornes des gnrateurs sontdifficiles caractriser, mais surtout que cest leur valeur faible et dcroissantequi rend dlicat le rglage des protections.

DE5

5223

Fig. 1 : courbes types des courants de court-circuitaux bornes dun gnrateur

DE55228

Fig. 2 : dcomposition du courant de court-circuit

I2

t

I3

t

t

I1

Courant

Phnomnessubtransitoires transitoires permanents

Apparition du dfaut

t

t

t

t

t

Courant

Composante subtransitoire

Subtransitoire

Composante transitoire

Transitoire

Composante permanente

Permanente

Composante continue

Courbe de courant total


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Courants de court-circuit Calcul des courants de court-circuit0

Mthode CEI (norme 60909)Les rgles de calcul des courants de court-circuit dans les installations lectriquesont t dfinies dans la norme CEI 60909 dite en 2001.Le calcul effectif des courants de court-circuit en divers points dun rseau peutrapidement devenir un travail laborieux lorsque linstallation est complexe.Lutilisation de logiciels spcialiss permet deffectuer ces calculs plus rapidement.Cette norme, applicable tous les rseaux triphass radiaux ou maills, 50 ou 60 Hzet jusqu 550 kV, est gnrale et prcise par excs.Elle permet de traiter les diffrents types de courts-circuits, symtriquesou dissymtriques, francs, pouvant se produire dans une installation :bcourt-circuit triphas runion des trois phases en gnral le plus pnalisant,bcourt-circuit biphas dfaut entre deux phases plus faible que le triphas,bcourt-circuit biphas terre dfaut entre deux phases et la terre,bcourt-circuit monophas dfaut entre une phase et la terre le plus frquent(80 % des cas).A lapparition dun dfaut, le courant dtablissement du court-circuit dans le circuitest fonction du temps et comprend deux composantes (fig. 1) :blune alternative, dcroissante jusqu sa valeur tablie, due aux diffrentes

machines tournantes et fonction de la combinaison de leurs constantes de temps,blautre continue, dcroissante jusqu zro, due ltablissement du courantet fonction des impdances du circuit.Pratiquement, on dfinit les grandeurs de court-circuit utiles la dterminationdes matriels et du systme de protection :bI''k : valeur efficace du courant symtrique initial,bIb : valeur efficace du courant symtrique coup par lappareil de manuvre la sparation du premier ple linstant tmin (retard minimal),bIk : valeur efficace du courant symtrique permanent,bIp : valeur instantane maximale du courant la premire crte,bIDC : valeur continue du courant.Ces courants sont indics par 3, 2, 2E, 1, selon la nature du court-circuitrespectivement triphas, biphas, biphas terre, monophas.

Le principe de la mthode, base sur le thorme de superposition de Theveninet la dcomposition en composantes symtriques, est dappliquer au point de court-circuit une source de tension quivalente pour ensuite dterminer le courant ;le calcul se droule en trois tapes :bDfinir la source de tension quivalente applique au point en dfaut ;elle reprsente la tension existant juste avant le court-circuit : cest la tensionnominale corrige dun facteur qui tient compte des variations de la source,des changeurs de prises transformateurs, du comportement subtransitoiredes machines.bCalculer les impdances, vues du point en dfaut, de chaque branche arrivanten ce point ; le calcul se fait en ngligeant, pour les systmes directs et inverses,les capacits de ligne et les admittances des charges non tournantes en parallle.bConnaissant la tension et les impdances, calculer les valeurs caractristiquesmaximales et minimales des courants de court-circuit.

Les diffrentes grandeurs de courant au point de dfaut sont calcules selon :bdes formules donnes,

bet une loi de sommation des courants transitant dans les branches connectes ce nud :vI''k : voir les formules de calcul de I''k dans les tableaux ci-contre avec c facteurde tension dfini par la norme ; sommation gomtrique ou algbrique,vip = 2 I''k, avec facteur majorant infrieur 2, dpendant du rapport R/Xde limpdance directe de la branche considre ; sommation des crtes,vIb = q I''k, avec et q facteurs infrieurs 1, dpendant des gnrateurset moteurs, ainsi que du temps mort minimal de coupure du disjoncteur ; sommationalgbrique,vIk = I''k lorsque lon est loign du gnrateur,vIk = Ir dans le cas dune gnratrice, avec Ir courant nominal du gnrateuret facteur dpendant de son inductance de saturation ; sommation algbrique.

DE552

26

Fig. 1 : reprsentation graphique des grandeurs

dun court-circuit selon CEI 60909

Ip

t min

22Ik

22Ib

22I"k

IDC

Temps(t)

Courant (I)

Type decourt-circuit

I''k

Triphas

Biphas isol

Biphas terre

Monophas

Courants de court-circuit selon CEI 60909 :cas gnral

Type decourt-circuit

I''k

Triphas

Biphas isol

Biphas terre

Monophas

Courants de court-circuit selon CEI 60909 :cas de dfaut loign

c Un

3 Zd---------------------

c UnZd Zi+--------------------

c Un 3 Zi

Zd Zi Zi Z0 Zd Z0+ +

------------------------------------------------------------------------

c U n 3Zd Zi Z0+ +---------------------------------

c Un

3 Zd---------------------

c Un

2 Zd-----------------

c U n 3Zd 2Z0+

------------------------------

c U n 32Zd Z0+

------------------------------


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Courants de court-circuit Comportement des matrielsau court-circuit 0

CaractrisationOn distingue 2 types de matriels de rseau, suivant quils ont ou non intervenirau moment du dfaut.

Matriels passifsDans cette catgorie, rentrent tous les matriels destins par leur fonction vhiculer aussi bien le courant normal que le courant de court-circuit.Ce sont les cbles, lignes, jeux de barres, sectionneurs, interrupteurs,transformateurs, ractances et condensateurs, transformateurs de mesure.Pour ces matriels, on dfinit la facult de supporter le passage dun court-circuitsans dommage par :bla tenue lectrodynamique(exprime en kA crte) qui caractrise leur rsistancemcanique aux contraintes lectrodynamiques,bla tenue thermique(exprime en kA eff. pendant 1 5 secondes) qui caractriselchauffement maximal admissible.

Matriels actifsDans cette catgorie, sont classs les matriels destins liminer le courant

de court-circuit : disjoncteurs et fusibles. Cette proprit est quantifie parle pouvoir de coupure et, si besoin, par le pouvoir de fermeture sur dfaut.Pouvoir de coupure (fig. 1)Cette caractristique essentielle dun appareil dinterruption est le courant maximal(en kA eff.) quil est capable de couper dans des conditions spcifiques dfinies parles normes ; il sagit gnralement de la valeur efficace de la composante alternativedu courant de court-circuit ; parfois, on spcifie pour certains appareils la valeurefficace de la somme des 2 composantes, alternative et continue ; cest alorsle courant asymtrique.Le pouvoir de coupure dpend de conditions complmentaires :vtension,vrapport R/X du circuit coup,vfrquence propre du rseau,vnombre de coupures au courant maximal, par exemple le cycle : O - F/O - F/O(O = ouverture ; F = fermeture),vtat de lappareil aprs essais.

Le pouvoir de coupure apparat donc comme une caractristique assez complexe dfinir ; il nest donc pas surprenant que le mme appareil se voit attribuerun pouvoir de coupure diffrent suivant la norme qui le dfinit.Pouvoir de fermeture sur court-circuitGnralement, cette caractristique est implicitement dfinie par le pouvoirde coupure : un appareil doit tre capable de fermer sur un court-circuit quil estcapable de couper. Parfois, le pouvoir de fermeture doit tre plus lev, par exemplepour les disjoncteurs dalternateur.On dfinit le pouvoir de fermeture en kA crte, car cest la premire crte asymtriquequi est la plus contraignante au point de vue lectrodynamique.Par exemple daprs la norme CEI 60056, un disjoncteur utilis en 50 Hz doit pouvoirrpondre : I crte fermeture = 2,5 x I efficace coupureCourant de court-circuit prsum coupCertains appareils ont la proprit de limiter le courant quils ont couper.Leur pouvoir de coupure est dfini comme le courant maximal prsum coup, qui

se dvelopperait dans un court-circuit franc tabli aux bornes amont de lappareil.

Spcificit de lappareillageLes fonctions remplies par les diffrents appareils de coupure, ainsi queles principales contraintes associes sont rsumes dans le tableau suivant.

DE552

27

IAC : crte de la composante priodiqueIDC : composante apriodique

Fig. 1 : pouvoir de coupure assign dun disjoncteuren court-circuit daprs la norme CEI 60056

IAC

IDC

Temps (t)

Courant (I)

Appareil Fonctionisolement

Fonction de manuvrede courants

Contraintes principales

En service Sur dfaut

sectionneur oui non non Tenue de franchissement entre-sortieSectionneur de terre : pouvoir de fermeture sur dfaut

interrupteur non oui non Coupure et tablissement de courant normal de chargePouvoir de fermeture sur court-circuitEn association avec fusible : pouvoir de coupure dans la zonede non-fusion du fusible

contacteur nonoui, si dbrochable oui non Pouvoirs nominaux de coupure et de fermeturePouvoirs maximaux de charge en coupure et en fermetureCaractristiques de service et endurance

disjoncteur nonoui, si dbrochable

oui oui Pouvoir de coupure sur court-circuitPouvoir de fermeture sur court-circuit

fusible non non oui Pouvoir de coupure minimal sur court-circuitPouvoir de coupure maximal sur court-circuit


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Capteurs Capteurs de courant phase (TC) 0

Les dispositifs de protection ou de mesurencessitent de recevoir des informations

sur les grandeurs lectriques des matriels protger.Pour des raisons techniques, conomiqueset de scurit, ces informations ne peuventpas tre obtenues directement surlalimentation haute tension des matriels ;il est ncessaire dutiliser des dispositifsintermdiaires dnomms rducteursde mesure ou capteurs :bcapteurs de courant phase,bcapteurs tore pour la mesuredes courants terre,btransformateurs de tension (TT).

Ces dispositifs remplissent les fonctionssuivantes :

brduction de la grandeur mesurer(ex : 1500/5 A),

bdcouplage galvanique,

bfourniture de lnergie ncessaireau traitement de linformation, voireau fonctionnement de la protection.

La fonction dun capteur de courant phase est de fournir son secondaire un courantproportionnel au courant primaire mesur. Lutilisation concerne autant la mesureque la protection.

On distingue 2 types de capteurs :bTC (transformateur de courant),bLPCT (TC sortie en tension).

Caractristiques gnrales (fig.1)Le transformateur de courant est constitu de deux circuits, primaire et secondaire,coupls par un circuit magntique.Avec plusieurs spires au primaire, lappareil est de type bobin.Avec un primaire rduit un simple conducteur traversant le capteur, lappareilest barre passante (primaire intgr constitu par une barre de cuivre),ou traversant (primaire constitu par un conducteur non isol de linstallation),ou tore (primaire constitu par un cble isol).

Les TC sont caractriss par les grandeurs suivantes (daprs les normes CEI 60044)(1).

Niveau disolement assign du TC

Cest la tension la plus leve laquelle le primaire du TC est soumis.Rappelons que le primaire est au potentiel de la HT et le secondaire a trsgnralement une de ses bornes la terre.Comme pour tout matriel, on dfinit galement :bune tension maximum de tenue 1mn frquence industrielle,bune tension maximum de tenue londe de choc.Exemple : en 24 kV de tension nominale, le TC doit supporter une tension de 50 kVpendant 1mn 50 Hz et une tension de 125 kV londe de choc.

Le rapport assign de transformationIl est donn sous la forme du rapport des courants primaires et secondaires Ip/Is.Le courant secondaire assign est gnralement 5 A ou 1 A.

PrcisionElle est dfinie par lerreur compose pour le courant limite de prcision.Le facteur limite de prcision (FLP) est le rapport entre le courant limite de prcisionet le courant assign.

bPour la classe P :5P10 signifie 5 % derreur pour 10 In et 10P15 signifie 10 % derreur pour 15 In,5P et 10P sont les classes de prcision normalises pour les TC de protection,5 In, 10 In, 15 In, 20 In sont les courants limites de prcision normaliss.bLa classe PR est dfinie par le facteur de rmanence, rapport du flux rmanentau flux de saturation, qui doit tre infrieur 10 %.5PR et 10PR sont les classes de prcision normalises pour les TC de protection.bLa classe PX correspond une autre faon de spcifier les caractristiquesdun TC partir de sa tension de coude, la rsistance secondaire et le courantmagntisant (voir page suivante, fig.1: rponse dun TC en rgime satur).

Puissance de prcisionPuissance apparente en VA, que le TC peut fournir au secondaire pour le courantsecondaire assign pour lequel la prcision est garantie.La puissance est consomme par tous les appareils connects ainsi que les filsde liaison.

Si un TC est charg une puissance infrieure sa puissance de prcision,sa prcision relle est suprieure la prcision assigne, rciproquement un TCtrop charg perd en prcision.

Courant de courte dure admissibleExprim en kA efficace, le courant (Ith) maximum admissible pendant 1 seconde(le secondaire tant en court-circuit) reprsente la tenue thermique du TCaux surintensits. Le TC doit supporter le courant de court-circuit pendant le tempsncessaire son limination. Si le temps dlimination t est diffrent de 1 s,le courant que le TC peut supporter estLa tenue lectrodynamique exprime en kA crte est au moins gale 2,5 IthValeurs normales des courants primaires assigns (en A) :10 - 12,5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 - 50 - 60 - 75 et leurs multiples ou sous-multiplesdcimaux.

(1) Sont galement prendre en compte les lments lis au type de montage,

aux caractristiques du site (exemple : temprature), frquence du rseau, etc.

DE55330

Ip: courant primaireIs: courant secondaire (image de Ip et en phase)

Fig. 1 : transformateur de courant

IsS1

S2

IpP1

P2

Ith t


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Capteurs Capteurs de courant phase (TC) 0

Rponse dun TC en rgime saturSoumis un courant primaire trs important, le TC se sature. Le courant secondairenest plus proportionnel au courant primaire. En effet, lerreur de courant qui correspondau courant de magntisation devient trs importante.

Tension de coude(fig.1)Elle correspond au point de la courbe de magntisation dun transformateurde courant pour lequel une augmentation de 10 % de la tension E ncessiteune augmentation de 50 % du courant de magntisation Im.

Le secondaire du TC rpond lquation :(RTC + Rcharge + Rfilerie) FLP Isn2= constanteavec Isn = courant assign secondaireFLP = facteur limite de prcisionIsat = FLP Isn

TC dbitant sur protection maximum de courantphasePour les protections maximum de courant temps indpendant (constant),si la saturation nest pas atteinte pour 1,5 fois la valeur du courant de rglage,

le fonctionnement est assur quelle que soit lintensit du dfaut (fig. 2).Pour les protections maximum de courant temps dpendant (inverse)la saturation ne doit pas tre atteinte pour 1,5 fois la valeur de courant correspondantau maximum de la partie utile de la courbe de fonctionnement (fig. 3).

TC pour protection diffrentielle (fig. 4)Les TC sont spcifier pour chaque application en fonction du principede fonctionnement de la protection et de llment protg ; il faut se rfrer la notice technique de la protection concerne.

DE55331

Fig. 1 : schma quivalent du circuit secondaire dun TC et courbe de magntisation dun TC

Is

VsS1

S2

IpP1

P2

E

Im

Lm

RTC

Rcharge

Rfil

Isat Isn Im Vk 1,5 Im

ImagntisantIsecondaire

E

Vk 10 %

50 %

RTC

+Rfilerie+R

charge

DE55332

Fig. 2 Fig. 3

DE55334

Fig. 4

t

I

Irglage Isaturation

x 1,5

t

I

Iccmax Isaturation

x 1,5

Protection diffrentielle

Zone protge

P1 P2 P2 P1


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Capteurs Capteurs de courant phase (LPCT) 0

Transformateurs de courant basse puissance LPCT(fig.1)Ce sont des capteurs spcifiques de courant sortie directe en tension de typelow power current transducers, conformment la norme CEI 60044-8.Les LPCT remplissent les fonctions de mesure et de protection.Ils sont dfinis par :ble courant primaire nominal,ble courant primaire tendu,ble courant primaire limite de prcision.Ils ont une rponse linaire sur une large plage de courant, et ne commencent saturer quau-del des courants couper.

Exemple de caractristiques de mesure selon norme CEI 60044-8bCourant primaire nominal Ipn = 100 AbCourant primaire tendu Ipe = 1250 AbTension secondaire Vsn = 22,5 mVbClasse 0,5 :vprcision 0,5 % de 100 A 1250 A,vprcision 0,75 % 20 A,vprcision 1,5 % 5 A.

Exemple de caractristiques de protection selon norme CEI 60044-8bCourant primaire Ipn = 100 AbTension secondaire Vsn = 22,5 mVbClasse 5P de 1,25 kA 40 kA (fig.2).

DE553

36

Fig.1 : transformateur de courant type LPCT

S1

S2

Vs

IpP1

P2

DE55337

Fig. 2 : caractristique de prcision dun LPCT

5%

1,5%

0,75%

0,5%Ip

Module(%)

Module

5A

Ip

Phase(min)

Phase

20A 100A 1kA 1,25kA

40kA

10kA

90'

45'

30'

60'


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Capteurs Capteurs de courant rsiduel 0

Courant homopolaire - courant rsiduelLe courant rsiduel qui caractrise le courant de dfaut la terre est gal la somme

vectorielle des trois courants de phase (fig.1).Le courant rsiduel est gal 3 fois le courant homopolaire I0.

Dtection du courant de dfautLa dtection du courant de dfaut la terre peut tre obtenue de plusieurs faons.

D

E55338

Fig. 1 : dfinitiondu courant rsiduel

I1

I2

Irsd

I3

Irsd 3 I0 I1 I2 I3+ +==

Capteursde mesure

Prcision Seuil de dtectionminimum conseillpour protection terre

Montage

Tore homopolairespcifique

+++ Quelques ampres

DE55339

DE55340

Mesure directe par tore spcifiquehomopolaire connect directementsur le relais de protection ;cest un transformateur qui englobeles conducteurs actifs et credirectement le courant rsiduel.

Il peut galement tre mont dansla liaison neutre terre accessible.On obtient une grande prcisionde mesure : un seuil de dtectiontrs bas, de lordre de quelquesampres peut tre utilis.

TC tore+ tore adaptateur

++ 10 % de InTC (DT)5 % de InTC (IDMT)

DE55341

DE55342

Mesure diffrentielle par TC toreclassique entourant les conducteursactifs et gnrant le courant rsiduel ;un tore spcifique homopolaire jouele rle dadaptateur vers le relaisde protection.

Le montage du TC tore est possibledans la liaison neutre terre accessibleavec adaptateur.On obtient une bonne prcisionde mesure et une grande souplessedans le choix des TC.

3 TC phase+ tore adaptateur

++ 10 % de InTC (DT)5 % de InTC (IDMT)

DE55343

Mesure des courants dans les troisphases avec un TC par phase, etdu courant rsiduel par tore spcifique.

Pratiquement, le seuil de courant rsiduel doit tre :bIs0 10 % InTC pour protection temps constant,bIs0 5 % InTC pour protection temps dpendant.

3 TC phaseIrsd calcul parrelais

+ Sans retenue H230 % InTC (DT)10 % de InTC (IDMT)

Avec retenue H210 % de InTC (DT)5 % de InTC (IDMT)

DE55344

Calcul partir des mesures de courant dans les trois phases avec un TC par phase.bLe courant rsiduel est calcul par le relais de protection.bLa prcision de la mesure est entache derreurs ; somme des erreurs des TCet des caractristiques de saturation, courant calcul.b

Le montage est plus simple que dans le cas prcdent, mais la prcisionde mesure est infrieure.En pratique, le rglage des seuils de la protection terre doit respecter les conditionssuivantes :bIs0 30 % InTC pour protection temps constant (10 % InTC avec relaisde protection quip de retenue harmonique 2),bIs0 10 % InTC pour protection temps dpendant.

51G

Irsd

51G

Irsd

Neutre

51G

1 ou 5 A

Irsd

51G

1 ou 5 A

Neutre

Irsd

1 ou 5 A

I1

I2

I3

Irsd

51N

I1

I2

I3

51N


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Capteurs Transformateurs de tension (TT) 0

La fonction dun transformateur de tensionest de fournir son secondaire une tension

image de celle qui lui est appliqueau primaire. Lutilisation concerne autantla mesure que la protection.

Mesure de la tension entre phasesLe transformateur de tension est constitu de deux enroulements, primaire etsecondaire, coupls par un circuit magntique ; les raccordements peuvent se faireentre phases ou entre phase et terre.

Les transformateurs de tension sont caractriss par les grandeurs suivantes :(publication CEI 60186, CEI 60044-2 et NFC 42-501) (1)

bfrquence du rseau en gnral 50 ou 60 Hz,btension primaire la plus leve du rseau,btension secondaire assigne 100, 100/3, 110, 110/3volts selon le modede raccordement,bfacteur de tension assign servant dfinir les prescriptions dchauffement,bpuissance apparente, en VA, que le transformateur de tension peut fournirau secondaire, sans introduire derreur suprieure sa classe de prcision lorsquilest branch sous sa tension primaire assigne et raccord sa charge nominale ;noter quun TT ne doit jamais tre court-circuit au secondaire, car la puissancefournie augmente et il y a dtrioration par surchauffement,bclasse de prcision dfinissant les limites derreurs garanties sur le rapport de

tension et le dphasage dans les conditions spcifies de puissance et de tension.

Plusieurs montages de mesure sont possibles :bmontage 3 transformateurs en toile (fig. 1)(ncessite 1 borne haute tension isole par transformateur)

Rapport de transformation : par exemple

bmontage 2 transformateurs, montage dit en V (fig. 2)(ncessite 2 bornes haute tension isoles par transformateur)Rapport de transformation : par exemple

En rgime de neutre isol, tous les TT phase neutre doivent tre chargsconvenablement pour viter les risques de ferrorsonance.

(1) sont galement prendre en compte les lments lis au type de montage,aux caractristiques du site (ex : temprature), etc.

Mesure de la tension rsiduelleLa tension rsiduelle qui caractrise le potentiel du point neutrepar rapport la terre est gale la somme vectorielle des trois tensions phase-terre.La tension rsiduelle est gale 3 fois la tension homopolaire V0 :

(fig. 3)

Lapparition de cette tension est significative de lexistence dun dfaut la terre.Elle est obtenue par mesure ou par calcul :bmesure par trois transformateurs de tension dont les primaires sont en toile et lessecondaires en triangle ouvert qui dlivre la tension rsiduelle (fig. 4),bcalcul par le relais partir de trois transformateurs de tension dontles primaires et les secondaires sont en toile (fig. 5).

DE55345

Fig. 1 : TT monts en toile

DE55346

Fig. 2 : TT monts en V

DE55347

Fig. 3 : dfinition de la tension rsiduelle

V1

V2

Vrsd

V3

DE55348

DE55349

Fig. 4 : mesure directe de tension rsiduelle Fig. 5 : calcul de tension rsiduelle

Un 3

100 3---------------------

Un 100

Vrsd 3 V0 V1 V2 V3+ +==

59N

Vrsd

V1 59N

V2

V3


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Fonctions de protection Caractristiques gnrales 0

Les relais de protection qui surveillent enpermanence les grandeurs lectriques du

rseau, comportent des associations defonctions lmentaires, dont la combinaisonest adapte aux lments de rseausurveills.

Fonctionnementle relais comprend (fig. 1) :blentre analogique de mesure de la grandeur observe, issue du capteur,

ble rsultat logique du traitement de la mesure (not S),bla sortie logique instantane de la fonction de protection, usage de signalisationpar exemple (not Si),bla sortie logique temporise de la fonction de protection, usage dactionde commande de dclenchement du disjoncteur (not St).

Caractristiques (fig. 2)Le mode de travail dune fonction de protection fait intervenir des tempscaractristiques (CEI 60255-3) :ble temps de fonctionnement (operating time) : cest le temps qui scouleentre lapplication de la grandeur caractristique ( deux fois le seuil de rglage)et le basculement du relais de sortie (sortie instantane),ble temps de dpassement (overshoot time) : cest la diffrence entre le tempsde fonctionnement et la dure maximale dapplication de la grandeur caractristiquesans dclenchement,

ble temps de retour (reset time) : cest le temps coul entre la diminution brutalede la grandeur caractristique et le basculement du relais de sortie.

Nota :on trouve usuellement dautres termes non normaliss et dont la dfinition peut diffrerselon le constructeur : le temps de dgagement, le temps de non prise en compte,le temps de dclenchement instantan, le temps mmoire.

Pour sa stabilit, la fonction comporte un pourcentage de dgagement d en %du seuil de rglage : sur lexemple figure 3, S passe de 1 0 pour I = d Is

DE55270

Fig. 1 : principe de fonctionnement dun relais(exemple de relais maximum de courant ANSI 51)

I > IsI S St

Si

0

DE55272

Fig. 2 : temps caractristiques dune fonction de protection

DE55

271

Fig. 3 : pourcentage de dgagement

Seuil Is

2 Is

I efficace

Temps defonctionnement

Temps deretour

Temps de dpassement

Dure maximum sans dclenchement

t

0

1

Si

t

Is

2 Is

I

t

Is

d Is

0

1

S

t

I

t


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Fonctions de protection Caractristiques gnrales 0

RglagesCertaines caractristiques des fonctions de protection sont rglables par lutilisateur,notamment :

bseuil de dclenchement :il fixe la limite de la grandeur observe dterminantlaction de la protection.btemps de dclenchement :vtemporisation temps indpendant, ou temps constant (DT : Definite Time)Lexemple de la figure 1 appliqu un relais de courant, fait apparatre que le tempsde dclenchement de la protection est constant (rglage de la temporisation T) audel du seuil de courant Is,

vtemporisation temps dpendant (IDMT: Inverse Definite Minimum Time)Lexemple de la figure 2 appliqu un relais de courant, fait apparatre que le tempsde dclenchement de la protection est dautant plus court que le courant est lev,au-del du seuil de courant Is.

Plusieurs types de courbes existent, dtermines par des quations et dfinies selonles diffrents organismes de normalisation : par exemple la CEI dfinit (fig. 3) :- temps inverse (SIT, standard inverse time),- temps trs inverse (VIT, very inverse time),- temps extrmement inverse (EIT, extremely inverse time).

btemps de maintien :temps de retour rglable,bretenue :blocage du dclenchement en fonction du taux dharmonique 2,bconstantes de temps(exemple image thermique ANSI 49RMS),bangle caractristique(exemple directionnelle de courant ANSI 67).

DE55273

Fig. 1 : principe du dclenchement temps indpendant

Seuil de courantt

I

T

Is

Temporisation

Nonfonctionnement

Fonctionnementtemporis

DE55274

Fig. 2 : principe du dclenchement temps dpendant

DE55275

Fig. 3 : courbes de dclenchement temps dpendant

Seuil de courantt

I

T

Is 10 Is

Nonfonctionnement

Fonctionnementtemporis

Temporisation

t

EIT

VIT

SIT

I

T

Is 10 Is


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Fonctions de protection Liste des fonctions 0

Les principales fonctions de protection sont indiques dans le tableau ci-dessous,en prcisant leur code selon la norme ANSI C37.2 ainsi quune brve dfinition ;le classement est fait selon lordre numrique.

Code ANSI Libell de la fonction Dfinition

12 Survitesse Dtection de survitesse des machines tournantes

14 Sous-vitesse Dtection de sous-vitesse des machines tournantes

21 Protection de distance Dtection de mesure dimpdance

21B Minimum dimpdance Protection de secours des gnrateurs contre les courts-circuits entre phases

24 Contrle de flux Contrle de surfluxage

25 Contrle de synchronisme Contrle dautorisation de couplage de deux parties de rseau

26 Thermostat Protection contre les surcharges

27 Minimum de tension Protection pour contrle dune baisse de tension

27D Minimum de tension directe Protection des moteurs contre un fonctionnement tension insuffisante

27R Minimum de tension rmanente Contrle de disparition de la tension entretenue par les machines tournantesaprs dconnexion de lalimentation

27TN Minimum de tension rsiduelle harmonique 3 Dtection de dfaut disolement la terre denroulements statoriques (neutre impdant)

32P Maximum de puissance active directionnelle Protection de contrle de transfert maximal de puissance active

32Q Maximum de puissance ractive directionnelle Protection de contrle de transfert maximal de puissance ractive

37 Minimum de courant phase Protection triphase contre les minima de courant

37P Minimum de puissance active directionnelle Protection de contrle de transfert minimal de puissance active

37Q Minimum de puissance ractive directionnelle Protection de contrle de transfert minimal de puissance ractive

38 Surveillance de temprature de paliers Protection contre les chauffements anormaux des paliers des machines tournantes

40 Perte dexcitation Protection des machines synchrones contre dfaut ou perte dexcitation

46 Maximum de composante inverse Protection contre les dsquilibres des courants des phases

47 Maximum de tension inverse Protection de tension inverse et dtection du sens de rotation inverse de machine tournante

48 - 51LR Dmarrage trop long et blocage rotor Protection des moteurs contre le dmarrage en surcharge ou sous tension rduite,et pour charge pouvant se bloquer

49 Image thermique Protection contre les surcharges

49T Sonde de temprature Protection contre les chauffements anormaux des enroulements des machines

50 Maximum de courant phase instantane Protection triphase contre les courts-circuits entre phases

50BF Dfaillance disjoncteur Protection de contrle de la non-ouverture du disjoncteur aprs ordre de dclenchement

50N ou 50G Maximum de courant terre instantane Protection contre les dfauts la terre :50N : courant rsiduel calcul ou mesur par 3 TC50G : courant rsiduel mesur directement par un seul capteur (TC ou tore)

50V Maximum de courant phase retenuede tension instantane

Protection triphase contre les courts-circuits entre phases, seuil dpendant de la tension

50/27 Mise sous tension accidentelle gnrateur Dtection de mise sous tension accidentelle de gnrateur

51 Maximum de courant phase temporise Protection triphase contre les surcharges et les courts-circuits entre phases

51N ou 51G Maximum de courant terre temporise Protection contre les dfauts la terre :51N : courant rsiduel calcul ou mesur par 3 TC51G : courant rsiduel mesur directement par un seul capteur (TC ou tore)

51V Maximum de courant phase retenuede tension temporise

Protection triphase contre les courts-circuits entre phases, seuil dpendant de la tension

59 Maximum de tension Protection de contrle dune tension trop leve ou suffisante

59N Maximum de tension rsiduelle Protection de dtection de dfaut disolement

63 Pression Dtection de dfaut interne transformateur (gaz, pression)

64REF Diffrentielle de terre restreinte Protection contre les dfauts la terre denroulements triphass coupls en toile avec neutrereli la terre

64G 100 % stator gnrateur Dtection de dfauts disolement la terre des enroulements statoriques(rseau neutre impdant)

66 Limitation du nombre de dmarrages Protection contrlant le nombre de dmarrages des moteurs

67 Maximum de courant phase directionnelle Protection triphase contre les courts-circuits selon le sens dcoulement du courant

67N/67NC Maximum de courant terre directionnelle Protection contre les dfauts la terre selon le sens dcoulement du courant(NC : Neutre Compens)

78 Saut de vecteur Protection de dcouplage saut de vecteur

78PS Perte de synchronisme (pole slip) Dtection de perte de synchronisme des machines synchrones en rseau

79 Renclencheur Automatisme de refermeture de disjoncteur aprs dclenchement sur dfaut fugitif de ligne

81H Maximum de frquence Protection contre une frquence anormalement leve

81L Minimum de frquence Protection contre une frquence anormalement basse

81R Drive de frquence (rocof) Protection de dcouplage rapide entre deux parties de rseau

87B Diffrentielle jeu de barres Protection triphase contre les dfauts internes de jeu de barres

87G Diffrentielle gnrateur Protection triphase contre les dfauts internes dalternateurs

87L Diffrentielle ligne Protection triphase contre les dfauts internes de ligne

87M Diffrentielle moteur Protection triphase contre les dfauts internes de moteur

87T Diffrentiel le transformateur Protect ion tr iphase contre les dfauts internes de transformateur


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Fonctions de protection Fonctions associes 0

Les fonctions de protection sont compltespar des fonctions de :

b

commandes complmentaires,bsurveillance de bon fonctionnement,

bexploitation,bsignalisation,bmesure,bdiagnostic,bcommunication,pour permettre une meilleure matrisedu systme lectrique.Toutes ces fonctions peuvent tre assurespar une seule et mme unit numriquede protection.

Commande des appareils de coupureCette fonction assure la commande des diffrents types de bobinesdenclenchement et de dclenchement des appareils de coupure.

Surveillance du circuit de dclenchementCette fonction signale la dfaillance du circuit de dclenchement de lappareilde coupure.

Commandes logiquesCette fonction permet la mise en uvre du principe de slectivit logique,par mission et/ou rception dordres dattente logique entre diffrentesprotections.

Fonctions logiquesCes fonctions font des traitements dquations logiques pour gnrer des informationsou des commandes complmentaires utiles lapplication.

Fonctions dexploitationCes fonctions amliorent le confort dexploitation de lutilisateur.bRgleurs en charge transformateurs,bRgulation varmtrique,bLocalisateur de dfaut (ANSI 21FL, Fault Locator),bCommande des gradins de condensateurs,bDure de fonctionnement avant dclenchement sur surcharge thermique.

Fonctions de mesureCes fonctions donnent les informations utiles une bonne connaissancedu fonctionnement du rseau lectrique et de son exploitation.bCourant phase,bCourant de dclenchement,bCourant rsiduel,

bCourants diffrentiels et traversant,bTHD courant (taux global de distorsion harmonique),bTensions simple et compose,btensions directe, inverse et rsiduelle,bTHD tension (taux global de distorsion harmonique),bFrquence,bPuissances active, ractive et apparente,bFacteur de puissance (cosinus ),bEnergies active et ractive,bMaximtres de courant, puissance active et ractive,bTemprature,bTemps de dmarrage moteur,bOscilloperturbographie.

Fonctions de diagnostic appareillageb

Compteurs de manuvres de lappareil de coupure en fermeture et en ouverturesur dfaut,bTemps de manuvre,bTemps de rarmement,bSurveillance de capteurs (TT, TC) ; cette fonction permet le contrlede la chane de mesure des transformateurs de tension ou de courantpour action sur les fonctions de protection affectes,bCumul des courants coups de disjoncteurs (kA2).

Fonctions de communicationCes fonctions permettent les changes utiles de donnes disponibles entreles diffrents lments du rseau (mesures, tats, commandes).


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Slectivit Slectivit chronomtrique 0

Les protections constituent entre ellesun ensemble cohrent dpendant

de la structure du rseau et de son rgimede neutre. Elles doivent donc treenvisages sous langle dun systmereposant sur le principe de slectivit :il consiste isoler le plus rapidementpossible la partie du rseau affectepar un dfaut et uniquement cette partie,en laissant sous tension toutes les partiessaines du rseau.Diffrents moyens peuvent tre mis en uvrepour assurer une bonne slectivit dansla protection dun rseau lectrique :bslectivit chronomtrique par le temps,

bslectivit ampremtrique par les courants,bslectivit par change dinformations,dite slectivit logique,

bslectivit par utilisation de protectionsdirectionnelles,

bslectivit par utilisation de protectionsdiffrentielles,

bslectivits combines afin dassurerune meilleure performance globale(technique et conomique), ou un niveaude secours (back-up).

PrincipeIl consiste donner des temporisations diffrentes aux protections maximum decourant chelonnes le long du rseau.Ces temporisations sont dautant plus longues que le relais est plus prochede la source.

Mode de fonctionnementAinsi, sur le schma (fig. 1), le dfaut reprsent est vu par toutes les protections(en A, B, C, et D). La protection temporise D ferme ses contacts plus rapidementque celle installe en C, elle-mme plus rapide que celle installe en BAprs louverture du disjoncteur D et la disparition du courant de dfaut,les protections A, B, C qui ne sont plus sollicites, reviennent leur position de veille.La diffrence des temps de fonctionnement T entre deux protections successivesest lintervalle de slectivit. Il doit tenir compte (fig. 2) :bdu temps de coupure Tc du disjoncteur en aval, qui inclut le temps de rponsede lappareil louverture et le temps darc,bdes tolrances de temporisation dT,bdu temps de dpassement de la protection en amont : tr,

bdune marge de scurit m.

T doit donc satisfaire la relation :T Tc + tr + 2dT + m

Compte tenu des performances actuelles de lappareillage et des relais, on adoptepour T une valeur de 0,3 s.

Exemple : Tc = 95 ms, dT = 25 ms, tr = 55 ms ; pour lintervalle de slectivit 300 ms,la marge de scurit est alors de 100 ms.

AvantagesCe systme de slectivit a deux avantages :bil assure son propre secours ; par exemple si la protection D est dfaillante,la protection C est active T plus tard,bil est simple.

InconvnientsPar contre, lorsque le nombre de relais en cascade est grand, du fait que la protectionsitue le plus en amont a la temporisation la plus longue, on aboutit un tempsdlimination de dfaut prohibitif et incompatible avec la tenue des matrielsau courant de court-circuit, ou avec les impratifs extrieurs dexploitation,(raccordement au rseau lectrique dun distributeur par exemple).

DE55241

Fig. 1 : principe de la slectivit chronomtrique

51 TA = 1,1 sA

B51 TB = 0,8 s

C51 TC = 0,5 s

D

Dfaut entre phases

51 TD = 0,2 s

DE55242

Fig. 2 : dcomposition dun intervalle de slectivit

dTB TcB m t r A

t

dTA

TB TA

Intervalle de slectivitT


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Slectivit Slectivit chronomtrique 0

ApplicationCe principe est utilis dans les rseaux en antenne. (fig. 1)

Les temporisations dtermines pour obtenir la slectivit chronomtrique sontactives lorsque le courant dpasse les seuils des relais. Il faut donc que les rglagesdes seuils soient cohrents.On distingue deux cas de figure selon le type de temporisation employ.

Relais temps indpendant(fig. 2)Les conditions respecter sont : IsA > IsB > IsC et TA > TB > TC.Lintervalle de slectivit T est classiquement de lordre de 0,3 seconde.

Relais temps dpendant(fig. 3)Si les seuils sont rgls au courant assign In, la protection de surcharge estassure en mme temps que la protection de court-circuit et la cohrence des seuilsest assure.

InA > InB > InCIsA = InA, lsB = InB, et IsC = InCLes rglages de temporisation sont dtermins pour obtenir lintervalle de slectivitT pour le courant maximum vu par la protection aval ; on utilise pour cela la mmefamille de courbes, afin dviter leur croisement dans une partie du domaine.

DE552

43

Fig. 1 : rseau en antenne avec slectivit chronomtrique

51 IsA, TAA

51 IsB, TBB

51 IsC, TCC

DE55244

Fig. 2 : slectivit chronomtrique avec relais temps indpendant

DE55245

Fig. 3 : slectivit chronomtrique avec relais temps dpendant

Ct

I

TA

TB

TC

B A

IsC IccCmax

IccBmax

IccAmax

IsB IsA

T

T

Ct

I

B A

IsC IccCmax

IccBmax

IccAmax

IsB IsA

T

T


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Slectivit Slectivit ampremtrique 0

PrincipeIl est bas sur le fait que dans un rseau, le courant de dfaut est dautant plus faibleque le dfaut est plus loign de la source.

Mode de fonctionnementUne protection ampremtrique est dispose au dpart de chaque tronon :son seuil est rgl une valeur infrieure la valeur de court-circuit minimalprovoqu par un dfaut sur la section surveille, et suprieure la valeur maximaledu courant provoqu par un dfaut situ en aval (au-del de la zone surveille).

AvantagesAinsi rgle, chaque protection ne fonctionne que pour les dfauts situsimmdiatement en aval de sa position, lintrieur de la zone surveille ;elle est insensible aux dfauts apparaissant au-del.Pour des tronons de lignes spars par un transformateur, ce systme estavantageusement utilis car simple, de cot rduit et rapide (dclenchementsans retard).

Un exemple est donn (fig.1) :IccBmax < IsA < IccAminIsA = intensit de rglageI ccB image au primaire, du courant de court-circuit maximum au secondaire.Les temporisations TA et TB sont indpendantes, et TA peut tre plus courte que TB.

InconvnientsLa protection situe en amont (A) nassure pas le secours de la protection situeen aval (B).De plus, en pratique, il est difficile de dfinir les rglages de deux protections encascade, tout en assurant une bonne slectivit, lorsque le courant ne dcrot pasde faon notable entre deux zones voisines ; ceci est le cas en moyenne tension,sauf pour des tronons avec transformateur.

ApplicationLexemple suivant concerne la protection ampremtrique dun transformateurentre deux tronons de cble.Le rglage Is de la protection maximum de courant vrifie la relation :1,25 IccBmax < IsA < 0,8 IccAminLa slectivit entre les deux protections est assure.

DE55246

Fig. 1 : fonctionnement dune slectivit ampremtrique

51 IsA, TA

IccAmin

A

51 IsB, TBB

51 IsA, TA

IccBmax

A

t

I

TB

TA

B A

IccBmax

IccAmin

IsB IsA

Courbes de slectivit

ConditionIsA > IccBmax

ConditionIsA < Icc

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Protection des réseaux électriques Guide Merlin Gerin 2003