Elements Constitutifs Du Plan de Protection HTA

[email protected] Extrait la pratique des rgimes de neutre

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1 Elments constitutifs du plan de protection HTA .........................................................................2 2 Les protections de ligne quipant les dparts HTA.......................................................................3

2.1 Linsertion dans le poste.....................................................................................................3 2.1.1 Les circuits de mesure....................................................................................................4

2.2 Le rglage des protections homopolaires de ligne. ..............................................................5 2.2.1 La problmatique ...........................................................................................................5 2.2.2 Les rglages. ..................................................................................................................5

2.2.2.1 La slectivit transversale, le dclenchement par sympathie .............................5 2.2.2.2 Le rglage dune protection maximum dintensit temps indpendant. ...........5 2.2.2.3 Impact du rglage sur la sensibilit de la protection................................................6

3 Les protections installes en amont..............................................................................................7 3.1 Constitution .......................................................................................................................7 3.2 Lorganisation des protections............................................................................................7

3.2.1 Cas dune seule attache HTA .........................................................................................7 3.3 La dtection des dfauts rsistants ......................................................................................9 3.4 Etude de la protection complmentaire PARCS ..........................................................10

3.4.1 Description du relais. ...................................................................................................10 3.5 La dtection amont des dfauts rsistants..........................................................................12

3.5.1 Linsertion ...................................................................................................................12 3.5.2 Le rglage du dtecteur ................................................................................................13

4 Annexe .....................................................................................................................................14 4.1 La sensibilit des protections homopolaires ......................................................................14 4.2 Conditions auxquelles doit satisfaire une protection..........................................................15 4.3 Sensibilits compares des PWH et des protections max Io. ...........................................16 4.4 Conditions de changement du critre de dtection.............................................................17

5 Le coefficient .........................................................................................................................17


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1 Elments constitutifs du plan de protection HTA Un plan de protection doit assurer la dtection des dfauts susceptibles de mettre en danger les biens et les personnes. Il est constitu de dispositifs permettant la dtection et llimination des dfauts la terre dans une gamme de rsistance trs large. Les protections homopolaires quipant les rseaux dnergie appartiennent gnralement deux familles: Les protections de ligne. Les protections de ligne doivent respecter les principes de slectivit et de sensibilit (1). Installes dans lenvironnement du transformateur HTB/HTA, dans les cellules HTA des postes HTB/HTA ou HTA/HTA, elles assurent le dclenchement du disjoncteur en amont du dfaut. Elles sont associes aux automatismes de reprise de service. Les protections internes lappareillage. Elles assurent la dtection des amorages internes lappareillage entre les parties actives et la masse. On les installe sur les appareils essentiels et coteux du rseau tels que les transformateurs HTB/HTA et les cellules protges ou blindes HTA des postes sources. Elles doivent fonctionner instantanment ds que le seuil de fonctionnement est atteint. Elles respectent donc les principes de sensibilit. Leur fonctionnement provoque la mise hors tension de lappareil en avarie. Larchitecture dun tel plan de protection essentiellement constitu de relais maximum dintensit rsiduelle est reprsente par le schma ci-dessous. Transformateur HTB/HTA Protection des masses du transformateur. Arrive HTA Protection maximum

dintensit rsiduelle temps indpendant. Dpart HTA Protection maximum

dintensit rsiduelle temps indpendant. Protection maximum dintensit rsiduelle temps dpendant.

Transformateur HTB/HTA Dtection des dfauts la terre sur le rseau HTA.

Jeu de barres protg HTA Protection des masses du jeux de barres HTA. Poste divisionnaire HTA/HTA

Protection maximum dintensit rsiduelle temps indpendant. Protection maximum dintensit rsiduelle temps dpendant.

1 Ces principes sont tudis dans les chapitres suivants


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2 Les protections de ligne quipant les dparts HTA Un dpart HTA dispose dun quipement de contrle commande intgrant les protections capables de dtecter la grande majorit des courts-circuits. La dtection des dfauts la terre est constitue dune protection principale assurant la dtection des dfauts de faible rsistance et dune protection complmentaire plus sensible.

Rack VIGIPA Merlin Grin

2.1 Linsertion dans le poste La protection principale est souvent intgre dans un quipement appel Max de I qui comprend: Un relais auxiliaire temporis assurant la slectivit longitudinale de la protection. Deux relais maximum dintensit, aliments chacun par un des TC de la cellule. chargs de la dtection des dfauts polyphass. Le relais maximum dintensit rsiduelle (appel relais homopolaire ) dont le circuit de mesure est gnralement constitu des trois transformateurs de courant appartenant la cellule. Si un relais de puissance homopolaire quipe le dpart, il assure la fonction de protection homopolaire principale. Le relais max de I est alors charg de complter le dispositif pour la dtection des doubles dfauts monophass (2).

EPAMI Merlin Grin

La protection complmentaire est constitue du relais maximum dintensit rsiduel temps dpendant. Elle est charge de complter le dispositif afin de dtecter les dfauts plus rsistants. Le relais dispose de son propre circuit de mesure et de son propre contrle commande. Ce relais sera appel PARCS(3) dans la suite du document. La photo ci-contre reprsente un ensemble comprenant un PARCS et un relais de puissance homopolaire .

EPDT Merlin Grin

2 Chapitre 2.5 du Livre 1 3 Protection Ampremtrique Rsiduelle Complmentaire et Slective

Protections


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2.1.1 Les circuits de mesure Le circuit de mesure de la protection Max de I comprend:

la protection, la boite dessai, les transformateurs de courant (TC) et le cblage du secondaire.

Le circuit de mesure du PARCS

le relais sensible, le transformateur de courant de type tore et le cblage du secondaire (Le tore est gnralement mont en sortie de caisson du dpart HTA)


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2.2 Le rglage des protections homopolaires de ligne.

2.2.1 La problmatique Etudier un plan de protection constitu de relais maximum dintensit revient chercher le meilleur compromis entre la sensibilit et la slectivit. On dfinit la sensibilit d'une protection comme tant la valeur maximale de la rsistance dun dfaut qui peut tre dtecte par le dispositif. Elle dpend du rglage des relais, de la valeur du capacitif homopolaire du rseau et du dispositif de mise la terre du neutre. Sur un rseau 20 kV, dont le neutre est mis la terre par une rsistance de 40 , une protection maximum dintensit rsiduelle, rgle 100 A, prsente une sensibilit de 80 Un dfaut la terre de 100 ne pourra donc pas tre dtect par cette protection. La slectivit a pour objet de garantir la meilleure qualit de service au plus grand nombre dusagers lorsquun dfaut affecte un lment du rseau. Elle peut tre naturelle si le courant homopolaire est maximal au point de mesure le plus proche du dfaut. La slectivit est obtenue par le rglage du seuil de fonctionnement du relais. On peut alors utiliser des protections dont la temporisation est dpendante de la valeur du courant. Lcart entre les points de mesure doit cependant tre significatif afin dviter les erreurs provoques par la dispersion des caractristiques des relais et des capteurs(4). On peut considrer que la slectivit est naturelle est obtenue si lcart minimal est de 20%. La slectivit chronomtrique est assure par un dispositif auxiliaire de temporisation. Le rglage du seuil est alors moins dterminant pour lobtention dune slectivit. On utilise alors des relais dont la temporisation est indpendante de la valeur du courant.

2.2.2 Les rglages. Le cahier des charges du plan de protection tant dfini, les rglages sont dtermins partir des valeurs de capacitif rsiduel des dparts HTA.

2.2.2.1 La slectivit transversale, le dclenchement par sympathie On appelle dclenchement par sympathie le dclenchement injustifi dun dpart sain provoqu par un dfaut affectant un dpart adjacent.

Un tel vnement ne doit pas tre confondu avec le dclenchement simultan de deux dparts HTA provoqu par un double dfaut monophas (5). Un dclenchement par sympathie est le rsultat dune dfaillance de la slectivit transversale. Le dfaut double est la consquence dun mauvais entretien des lignes HTA ou dun isolement en mode commun momentanment insuffisant6.

2.2.2.2 Le rglage dune protection maximum dintensit temps indpendant. La slectivit transversale est assure si la valeur du courant de capacit homopolaire dune ligne est, tout moment, infrieure au rglage de la protection installe en amont.

La valeur du rglage du relais de courant homopolaire doit tre suprieure la valeur maximale du courant de capacit rsiduel du dpart affect dun coefficient de scurit (7).

4 Les capteurs servent transmettre les courants et les tensions vers les relais et les appareils de mesure. Ce sont gnralement des transformateurs de courant et des transformateurs de tension. Ils sont tudis dans le Livre 4. 5 On se reportera au tome 1 pour ltude de ce type de dfaut. 6 Priode de givre par exemple. 7 Gnralement on retient + 20%


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Un dpart 20 kV constitu de 10 km de cble 150 alu prsente un courant de capacit rsiduel maximal de 30A (8). On rgle le seuil de la protection une valeur au moins gale 36A.. Au secondaire dun TC de rapport 400 /5, le relais est ainsi rgl 0,45 A.. Si la mesure du courant rsiduel est la somme des courants secondaires de 3 TC(9), il peut tre ncessaire de dsensibiliser la protection afin de compenser les dispersions ventuelles des caractristiques pour les fortes charges. Aujourdhui encore, il est recommand de rgler le relais rsiduel pour une valeur suprieure 6 % du calibre primaire des TC.

Si le dpart est quip de Transformateurs de courant 400A/5A, le rglage minimal ramen en haute tension doit tre alors suprieur 24 A.

Pour la mme raison, on peut recommander lutilisation de TC de classe protection10.

2.2.2.3 Impact du rglage sur la sensibilit de la protection La dtermination du courant de capacit homopolaire dun dpart ne suffit pas elle seule pour dterminer le rglage du relais. Il est en effet impratif de vrifier que cette valeur est compatible avec les engagements contractuels et les obligations rglementaires. Il faut garder lesprit que laugmentation des seuils entrane la dsensibilisation de la protection. Lorsque le neutre dun rseau 20 kV est reli la terre par une rsistance de 80 , un relais rgl 36 A peut dtecter un dfaut la terre de 250 . Un dfaut de 260 est alors tre trait comme un dfaut rsistant. Un rglage de 72 A (3 Ico = 60 A pour 20 km de cble) offre, dans les mmes conditions, une sensibilit de 80. Sachant que sur les terrains forte rsistivit, la rsistance du contact dune ligne tombe au sol peut dpasser 100, un tel rglage ne permet pas dassurer dans de bonnes conditions, llimination du dfaut la terre. Il arrive forcment un moment o un tel plan de protection, nest plus adapt la situation. Il est donc ncessaire de le faire voluer11.

8 Cette valeur est trs souvent appele capacitif de la ligne ou tort, courant de capacit homopolaire . 9 Voir le Livre 1 et le Livre 4 concernant les capteurs. 10 Ces TC sont moins sensibles aux surcharges que les TC de classe mesure 11 On utilise alors des relais de puissance homopolaire ou des relais directionnels maximum dintensit.


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3 Les protections installes en amont.

3.1 Constitution En ce qui concerne les dfauts la terre, la protection Liaison dtecte les dfauts francs en aval du point de mise la terre du neutre. Elle est constitue dun relais maximum de courant rsiduel aliment par un transformateur Tn plac dans le circuit de mise la terre du neutre. Cette protection est rendue slective avec les protections installes en aval par une temporisation. Si la mise la terre du neutre est effectue au voisinage immdiat du transformateur HTB/HTA, la protection doit tre slective avec la protection de la cellule Arrive. Si la mise la terre du neutre est ralise sur le jeu de barres HTA12, Il ny a pas de protection homopolaire sur la Liaison. La protection nest alors slective quavec les dparts HTA. En cas de dclenchement de lArrive, le transformateur maintenu sous tension par la HTB fonctionne alors avec un rgime de neutre isol. La dtection des dfauts la terre doit tre complte par un relais maximum de tension homopolaire aliment par des transformateurs de tension raccordes aux bornes HTA du transformateur de puissance. Le jeu de barre HTA est normalement protg par une protection maximum dintensit installe dans la cellule Arrive du jeu de barres HTA. Comme la protection liaison, cette protection est charge de dtecter les dfauts francs affectant le rseau aval. Elle doit donc tre slective avec les protections installes sur les dparts HTA. Elle peut, sous certaines conditions, assurer le secours dune protection de dpart dfaillante.

3.2 Lorganisation des protections

3.2.1 Cas dune seule attache HTA Considrons un transformateur HTB/HTA alimentant un jeu de barre HTA, le neutre est mis la terre au voisinage du transformateur. Rappelons que le rglage dun relais de courant homopolaire doit offrir la meilleure sensibilit tout en garantissant une bonne slectivit avec les autres protections. Il faut en effet que ces protections puissent dtecter et liminer les courants rsiduels pouvant mettre en danger le dispositif de mise la terre13 sans pour autant fonctionner pour des dfauts devant tre limins par une protection installe en aval. Dans la mesure o la distance du transformateur au jeu de barres HTA nexcde pas quelques centaines de mtres, on peut considrer que tout dfaut la terre en aval de la cellule arrive, sera vu dune mme manire par la protection Liaison et la protection Arrive. On peut alors admettre de ninstaller que la protection Liaison assurant dune part la protection masse cble de la liaison et dautre part, la protection du jeu de barres HTA. On ralise ainsi une protection deux stades.

Dans un premier stade, la protection liaison dclenche la cellule Arrive. Dans un deuxime stade, la protection liaison dclenche le transformateur.

Le rglage dune telle protection doit obir aux rgles de sensibilit et de slectivit. La protection liaison doit tre moins sensible que les protections des dparts HTA. Il faut donc tenir compte du rglage le plus lev des dparts, lui affecter un coefficient de scurit (gnralement 20%) corrig du coefficient . Exemple: Dans un poste HTB/20kV, le neutre 20 kV est mis la terre par une rsistance de 80 les rglages des relais homopolaires des dparts sont respectivement: 24 A, 48 A, 40 A , 60 A, 72 A et 36 A. Le capacitif homopolaire global du jeu de barre est de lordre de 200 A. Pour un capacitif global de 200 A et pour une impdance de neutre de 80 , le coefficient vaut environ1,6.On rglera le relais homopolaire de la protection liaison une valeur voisine de :

IrL=72 1 2

1 6x ,,

= 54 A

12 On se reportera au livre 3 Les dispositifs de mise la terre 13 Idem


8

Un dfaut sur le jeu de barre sera limin en 1er stade par la protection Liaison lissu dune temporisation t2 = t1+0,7s o t1 est la temporisation la plus leve des protections installe en aval et 0,7s est lchelonnement des temporisations prenant en compte la possibilit de dfauts multiples sur les dparts HTA14. Dans le cas o le disjoncteur de la cellule Arrive refuse de souvrir, le dfaut serait limin en 2eme stade lissu dun temps minimal t3= t1+0,7s+0,3s.

14 Un dfaut la terre affectant un dpart, peut, en provoquant le fonctionnement du disjoncteur shunt, gnrer un dfaut double sur le rseau HTA et entraner un cumul de temps pouvant entrainer le fonctionnement de la protection amont.


9

3.3 La dtection des dfauts rsistants Un dfaut est considr comme rsistant sil gnre un courant rsiduel infrieur au rglage de la protection du dpart en dfaut.

Au poste source, le Dtecteur de Terre Rsistante (DTR) est insr au point de mise la terre du neutre HTA. Sur les dparts HTA comportant des lignes ariennes, la Protection Ampremtrique Rsiduelle, Complmentaire et slective (PARCS) complte le dispositif de dtection des dfauts la terre. Au poste divisionnaire, le dispositif de protection comporte galement une PARCS .

Le dispositif DTR+PARCS doit respecter les rgles suivantes: La priorit doit tre laisse au traitement des dfauts francs. Ils doivent tre slectifs. Il doit assurer la dtection et llimination des dfauts la terre mme trs rsistants15. Llimination des dfauts doit tre rapide afin de garantir la scurit des personnes et des biens. La dure de vie des dfauts ne doit pas excder la tenue thermique de limpdance de mise la

terre du neutre HTA. Le plan de protection ainsi obtenu est reprsent dans le schma ci-dessous.

Transformateur HTB/HTA Protection MAX DE I dtectant les dfauts francs. Protection DTR dtectant les dfauts rsistants. Arrive HTA Protection MAX DE I dtectant les dfauts francs. Dpart HTA Protection MAX de I dtectant les dfauts francs. Protection PARCS dtectant les dfauts rsistants. Poste divisionnaire Protection MAX de I dtectant les dfauts francs. Protection PARCS dtectant les dfauts rsistants.

15 Nous verrons que la sensibilit des relais est limite en ralit par la technologie employe et par lexistence dun bruit de rseau.


10

Lautomatisme de recherche de terre est dpos, lutilisation de PARCS est gnralise. Le fonctionnement du "PARCS" est rendu prioritaire par le jeu des temporisations. Le DTR intervient en secours. Les caractristiques des PARCS quipant les dparts HTA et les postes divisionnaires sont dcales. En rgime spcial dexploitation (RSE A), les temporisations du "PARCS" et de la "Max de I" du dpart sont rendues instantanes. Le DTR intervient en secours en 1,5s. En Rgime B, la "Max de I" comme le "PARCS" des dparts en RSE sont mis hors services. Le DTR intervient instantanment en cas de dfaut la terre sur le rseau HTA.

3.4 Etude de la protection complmentaire PARCS

3.4.1 Description du relais.

I >

Afin dobtenir la meilleure sensibilit, chaque relais est raccord un transformateur de courant prsentant un niveau de prcision satisfaisant dans la gamme de fonctionnement. E.D.F utilise par exemple des dispositifs16 capable de fonctionner dans une gamme comprise entre 0,7 et 1000 A en HTA. Le rapport de transformation du TC est alors 1000/1A. Les relais doivent bien videmment tre capables de fonctionner pour un courant de 0,001A et supporter 1A durant un temps suprieur au temps dlimination du dfaut. La forte sensibilit du relais ncessite quil dispose dune bonne compatibilit lectromagntique BF et HF17. Comme tous les relais de courant homopolaire, il doit tre filtr aux harmoniques 3 et multiples de 3.

Le relais est compos dun tage de mesure associ une temporisation dpendant de la valeur du courant. Cette particularit offre lavantage de coller la caractristique thermique du dispositif de mise la terre du neutre HTA et de garantir la slectivit transversale comme nous le verrons plus loin.

16 Ces PARCS sont appele EPATR (ensemble de protection ampremtrique pour terre rsistante). Elles sont complmentaires aux protections EPAMI (ensemble de protection ampremtrique maximum dintensit) 17 Voir annexe


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Exemple de caractristique dun PARCS En abscisse, les valeurs correspondent au courant rsiduel HTA du dpart. La caractristique est entoure dune zone dincertitude de +/- 10%. La sensibilit maximale est obtenue pour un rglage de 0,7 A. Pour une telle valeur de courant, la temporisation est comprise entre 135 s et 165 S. Pour respecter une telle caractristique, la puissance du TC est adapte la consommation du relais. Le relais peut tre associ avec le renclencheur pour des valeurs de courant excdant une valeur 18 fixe par lexploitant du rseau (On retiendra par exemple la valeur retenue pour lautomatisme du disjoncteur shunt). Le choix dun tel relais repose sur la ncessit de respecter la tenue thermique du dispositif de mise la terre du neutre HTA et par le fait que le plus fort courant homopolaire appartient au dpart en dfaut. Le dpart en dfaut doit donc dclencher en premier. Nous verrons plus loin que cela nest pas forcement vrai.

Dans un mme poste, afin dassurer la meilleure slectivit transversale, lquipement des dparts arien doit tre homogne. Considrons le schma quivalent simplifi dun dfaut la terre. Le rseau HTA tudi est constitu de trois dparts quips des protections dcrites prcdemment. Le dfaut affecte le dpart D1. Capacitif de D1 : 22 A Capacitif de D2 : 90 A Capacitif de D3 : 80 A La mise la terre du neutre est ralise par une rsistance de 40.

Le plus fort courant rsiduel transite par le dpart en dfaut D1. Si par exemple les relais sont rgls pour un seuil de 1A, les protections D1, D2 et D3 dmarrent leur temporisation pour des temps tD1 tD2 tD3. Llimination du dfaut par le dclenchement du disjoncteur D1 (en 20 s environ) fera retomber les trois relais. Le courant rsiduel transitant par lArrive tant du mme ordre de grandeur que celui du dpart D1 (= 1,03), les conditions dune bonne slectivit naturelle longitudinale ne sont pas runies. On ne peut donc pas quiper la protection amont dun PARCS .

18 Les vrais dfauts rsistants ne prsentent pas, en effet, de caractres fugitifs.


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3.5 La dtection amont des dfauts rsistants Compte tenu de ce qui a t crit prcdemment, la protection amont est constitue essentiellement dun relais maximum dintensit temps constant appel communment dtecteur de terres rsistantes (DTR).

3.5.1 Linsertion Le dtecteur de terres rsistantes (DTR) est aliment par un transformateur spcialis (TCH) raccord en sortie du dispositif de mise la terre du neutre HTA install le plus souvent dans lenvironnement du transformateur19. :

DTR

Protection liaison

Tn

TcH

Le TCH tant raccord directement la terre, sa tenue dilectrique est celle dun matriel basse tension. Tout en offrant une grande sensibilit, la caractristique de transfert courant/tension protge le relais contre les fortes surcharges. Lensemble TCH-DTR dispose dun domaine de fonctionnement compris entre quelques diximes et plusieurs centaines dAmpres. La sensibilit dun dtecteur de terre rsistante peut atteindre 12000 Elle est limite par la valeur du courant homopolaire permanent (bruit) et par celle du courant de capacit homopolaire du rseau. La slectivit longitudinale est assure par une temporisation temps constant.

19 On se reportera au livret concernant les matriels de mise la terre des neutres


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3.5.2 Le rglage du dtecteur Principe: Pour un capacitif homopolaire donn, il doit garantir une sensibilit optimale interdisant tout fonctionnement indsirable pour un bruit de rseau maximal identifi. Examinons le cas dun rseau 20 kV prsentant un capacitif rsiduel maximal de 200 A. Le schma quivalent simplifi dun dfaut monophas de 12000 est le suivant. Le bruit du rseau est reprsent dans le schma par un gnrateur de courant.

En labsence de dfaut, le bruit du rseau ne doit pas solliciter le dtecteur. Lors dun dfaut, le courant dans le neutre est constitu du courant de court-circuit et du bruit de rseau. Dans notre exemple, une sensibilit de 12000 est obtenue pour un rglage de 0,84A. Il est cependant ncessaire de vrifier quune telle valeur ne peut tre atteinte, aucun moment de la journe, par le bruit du rseau en schma normal comme en schma de secours.


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4 Annexe

4.1 La sensibilit des protections homopolaires La sensibilit dune protection est la rsistance dun dfaut pouvant tre dtecte par celle-ci. Elle dpend:

- de la tension du rseau - de limpdance du dispositif de mise la terre du neutre, - du rglage de la protection - de la valeur du capacitif homopolaire du rseau HTA

Sur un rseau 20 kV, un dtecteur de terre rsistante offre une sensibilit proche de 12000 , celle dune protection slective quipant un dpart HTA nexcde pas 2000 On rencontre malheureusement des rglages offrant une sensibilit infrieure 200 Laugmentation de limpdance du neutre HTA provoque la dsensibilisation les protections maximum dintensit homopolaire. Elle augmente galement, toutes choses tant gales par ailleurs, les courants de capacit homopolaires et les risques de dclenchement par sympathie 20. Examinons ce qui se passe lorsque lon augmente limpdance de mise la terre du neutre HTA. Considrons un dfaut de rsistance 60 en 20 kV

Neutre HTA

Vo

3 ICo

%/ RPN 40

RPN 40

4250 V

69 A

RPN 80

5650 V

91 A

33%

BPN 40 +RPN 40

6439 V

104 A

51%

Pour un mme dfaut de rsistance non ngligeable, le passage au neutre 40 + j40 est susceptible daugmenter de 50% le capacitif du rseau.

Lvolution du rgime de neutre associe au dveloppement du cble sur les rseaux HTA a induit une dsensibilisation des protections qui na pas t perue par les exploitants. Des dfauts qui auraient d tre traits en dfaut franc on donc t limins comme des dfauts rsistants entranant parfois la destruction du dispositif de mise la terre du neutre.

20 Pour une rsistance de dfaut non ngligeable, laugmentation de limpdance homopolaire entrane une augmentation de la tension homopolaire et donc des courants de capacit homopolaire.


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4.2 Conditions auxquelles doit satisfaire une protection Une protection doit dtecter et liminer les dfauts disolement pouvant mettre en danger la scurit des personnes et des biens. Elle doit en outre tre slective afin de garantir la continuit de la fourniture dlectricit pour les usagers qui ne sont pas raccords la portion de rseau en dfaut. Ces deux conditions peuvent aboutir des rsultats contradictoires. Considrons le rseau comprenant un dpart sain et un dpart en dfaut et protg par des protections maximum de courant homopolaire.

Il est vident que seul le dpart en dfaut doit tre mis hors tension. 1) La protection de ce dpart doit pouvoir dtecter les dfauts francs.

Le problme est de savoir ce quest un dfaut franc: Rm = 0 ; 10 ; 30 ; 100 ; 200 .....? 2) La protection ne doit pas fonctionner pour un dfaut affectant un autre dpart.

Il faut alors rgler la protection ampremtrique homopolaire au-del de la valeur du capacitif rsiduel ( Irc )du dpart en prenant en compte ventuellement les schma de secours. On retient souvent la valeur de rglage tel que I rglage = 1,2 Irc du dpart. Examinons le cas dun dpart dont le capacitif homopolaire (Irc) est de 65 A; le neutre du rseau 20 kV est mis la terre par une RPN 40 . Le capacitif global du rseau HTA aliment par le mme transformateur est de 210 A. La protection ampremtrique homopolaire du dpart sera rgl Ir = 1,2 x 65 = 78 A Un tel rglage offre une sensibilit de 100 environ. Au-del, les dfauts seront traits comme des dfauts rsistants. On dsire rduire la valeur des courants de dfaut la terre en remplaant la RPN 40 par une RPN 80 . La sensibilit de la protection ampremtrique passe alors 70 . Cet exemple montre quune telle pratique rglant le problme de la slectivit transversale, dgrade la sensibilit de la protection maximum dintensit homopolaire.


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Sensibilit d'une protection max de Io pour un capacitif global de 210 A

0

100

200

300

400

500

24 36 48 60 72 84 96 120

Rglage de la protection

Rs

ista

nce

max

imal

e du

d

faut

dt

ect

eRPN40RPN80BPN40+RPN40

Lorsque lvolution du rgime de neutre dgrade la sensibilit, il est raisonnable denvisager le remplacement de ce type de protection par des dispositifs utilisant dautre critres. On utilisera par exemple une protection de puissance homopolaire dont langle interne sera coordonn avec le dispositif de mise la terre du neutre.

4.3 Sensibilits compares des PWH21 et des protections max Io.

100 150 200 250 3000

200

400

600

800

1000

1200

1400

rd e

n oh

ms

Capacitif total en A sous 12kV

Reseau 20kV Rn=40 ohms

sw=8kW

sw=12kW

sw=20kW

sw=40kW

amperemetrique a 80A pour un capacitif du dpart de 65A

100 150 200 250 3000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

rd e

n oh

ms

Capacitif total en A sous 12 kV

Reseau 20kV Rn=80 ohms

amperemetrique a 80A pour un capacitif du dpart de 65A

sw=40kW

sw=20kW

sw=12kW

sw=8kW

Une protection wattmtrique homopolaire rgle 8000 W (0,4 W avec un tore 100/1A) offrira quant elle une sensibilit de 1300 environ. Une telle sensibilit couvre la quasi-totalit des dfauts la terre.

21 Protection de puissance active homopolaire. Cette protection sera tudie dans un autre chapitre


17

4.4 Conditions de changement du critre de dtection. Quelle politique faut-il mettre en uvre? Le cot dinstallation dune protection de puissance homopolaire sur un dpart HTA peut varier de 5000 8000 suivant le nombre dappareils installer dans le poste et limportance de la modification du contrle commande. Afin de matriser les couts, il est ncessaire dvaluer le besoin. Il faut galement tudier la rpartition statistique des rglages des protections maximum dintensit rsiduelle.

Rpartition des rglages

0

5

10

15

20

25

Rglages 36 60 80 120

Rglage en A

rpa

rtiti

on e

n %

On dtermine ensuite la sensibilit correspondante Sur un rseau 20 kV dont le capacitif global est 210A la valeur de la sensibilit en fonction de lintensit de rglage sera:

Neutre HTA

24 A

36 A

48 A

60 A

72 A

80 A

96A

120 A

RPN 40 430 280 200 150 120 100 80 55 RPN 80 420 260 180 132 98 75 58 30 BPN40+RPN40 390 235 155 110 80 59 44 23

Si lexploitant souhaite disposer dune sensibilit minimum de 100, il devra installer des protections de puissance homopolaire sur les dparts dont le rglage est suprieur 60 A.

5 Le coefficient Il est utilis pour dterminer le rglage de la cellule Arrive tel que

Rglage de lArrive= 2,1

Rglage dpart le plus grand

Il dpend de la valeur du capacitif total du rseau et du dispositif de mise la terre du neutre.


18

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

180

189

200

212

225

240

257

277

300

327

360

400

450

514

600

80+8j

40+8j

40+40j

12j40j

Courant de Capacit rsiduel des dparts sains (A)

Valeur du rapport = Io dpart en dfaut

Io Arrive

3Ico

1,20

Slectivit logitudinale assure

Absence de Slectivit logitudinale

Lorsque le capacitif du rseau est nul, le rapport est gal 1 quel que soit la valeur de limpdance de mise la terre du neutre. Nous pouvons utiliser le graphique =f(3Ico) pour identifier les solutions de mises la terre du neutre en cohrence avec lexploitation des relais maximum dintensit. Seule une rsistance de neutre de 80 permet de garantir une slectivit naturelle longitudinale pour un capacitif suprieur 150 A. Une RPN de 40 permet dassurer une slectivit naturelle longitudinale pour un capacitif suprieur 280 A. Le mme rsultat est obtenu par une impdance de neutre 40+ 40j pour un capacitif excdant 360 A. Sur un rseau dont le neutre est reli la terre par une impdance, il est difficile dexploiter la slectivit naturelle longitudinale pour raliser un plan de protection indpendant du schma dexploitation. On privilgie donc des solutions constitues de protections dont le temps de fonctionnement est indpendant de la valeur du courant homopolaire.


19

En conclusion : Les relais maximum dintensit rsiduelle sont bien adapts la protection des rseaux ariens. Lorsque la structure du rseau volue vers plus de cbles, lexploitant doit tre attentif au choix du dispositif de mise la terre du neutre associ au plan de protection. Il choisit alors un dispositif prsentant une caractristique essentiellement rsistive.

Elements Constitutifs Du Plan de Protection HTA

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