guide de la protection Merlin Gerin - Schneider...

guide dela protection

protectioncontrôlecommande

I >

GROUPE SCHNEIDER

MERLIN GERINla maîtrise de l'énergie électrique

Merlin Gerin guide de la protection 1

présentation

sommaire page

présentation 1

régimes de neutre 3

courants de court-circuit 9

sélectivité 15

protection des réseaux 21

protection des transformateurs 29

protection des moteurs 35

protection des alternateurs 41

protection des condensateurs 47

capteurs 53

lexique protection à maximumde courant

I >

I <–

IN

>

Ii >

I

∆I

I >U

U <

U >

P <––

Q <––

UN

>

> f >

généralités Les dispositifs de protection surveillent enpermanence l’état électrique des élémentsd’un réseau et provoquent leur mise horstension (ex. ouverture d’un disjoncteur),lorsque ces éléments sont le siège d’uneperturbation : court-circuit, défautd’isolement…

Les buts visés étant :de participer à la protection des personnes

contre les dangers électriques,d’éviter les détériorations de matériel

(l’énergie produite par un court-circuittriphasé sur un jeu de barres MT est àmême de faire fondre jusqu’à 50 Kg decuivre en 1 seconde ; la température del’arcpeutdépasser enson centre10000°C),

de limiter les contraintes thermiques,diélectriques et mécaniques auxquelles sontsoumis ces matériels,

de préserver la stabilité et la continuitéde service du réseau,

de protéger les installations voisines(parexemple, réduire les tensions induitesdans les circuits voisins).

Pour atteindre ces objectifs, un système deprotection doit avoir les qualités suivantes :

rapidité,sélectivité,fiabilité.

Cependant, il faut être conscient des limitesde la protection : les défauts doivent toutd’abord se produire pour qu'elle agisse.La protection ne peut donc empêcherlesperturbations ; elle ne peut que limiterleur durée. De plus le choix d’une protectionest souvent un compromis technico-économique entre la sécurité etla disponibilité de l’alimentation en énergieélectrique.

Le choix d’un dispositif de protection n’estpas le fruit d’une réflexion isolée, mais unedes étapes les plus importantesde la conception d’un réseau électrique.A partir de l’analyse du comportementdesmatériels électriques (moteurs,transformateurs…) sur défauts et desphénomènes qui en découlent, le présentguide a pour but de vous aider à choisir lesdispositifs de protection les mieux adaptés.

protection à minimumde tension

protection à maximumde courant à retenue de tension

Buchholz

protection différentielle protection à maximumde tension résiduelle

image thermique protection de retourde puissance réactive

protection à maximumde composante inverse

protection de retourde puissance active

protection à maximumde courant terre

protection à maximumde tension

protection directionnellede courant

protection à maximumet minimum de fréquence

2 guide de la protection Merlin Gerin


introduction Le choix de la mise à la terre du neutre desréseaux MT et HT a été pendant longtempsun sujet de controverses passionnées comptetenu de l’impossibilité de trouver un compromisunique pour les différents types de réseaux.L’expérience acquise permet aujourd’huid'effectuer un choix pertinent en fonctiondes contraintes propres à chaque réseau.

régimes de neutre

cinq régimes de neutre Le potentiel du neutre peut être fixé par rapportà la terre par cinq méthodes différenciées parla nature, (capacité, résistance, inductance) etla valeur (zéro à l’infini) de l’impédance Zn deliaison que l’on connectera entre neutre etterre :

Zn = ∞ neutre isolé, pas de liaisonintentionnelle,

Zn est une résistance de valeur plus oumoins élevée,

Zn est une réactance de valeur faible, engénéral,

Zn est une réactance destinée à compenserla capacité du réseau,

Zn = 0 - le neutre est relié directement à laterre.

Les critères de choix concernent de multiplesaspects :

techniques (fonction du réseau, surtensions,courant de défaut etc…),

d’exploitation (continuité de service,maintenance),

de sécurité,économiques, (coûts d’investissements,

d’exploitation),habitudes locales ou nationales.

En particulier, deux considérations techniquesimportantes sont contradictoires :

Réduire le niveau des surtensionsLes surtensions ont plusieurs origines :

surtensions de foudre auxquelles sontexposés tous les réseaux aériens jusqu’aupoint de livraison aux usagers,

surtensions internes au réseau engendréespar les manœuvres et certaines situationscritiques (résonances),

surtensions résultant du défaut à la terrelui-même et de son élimination.

Réduire le courant de défaut à la terre Id.Un courant de défaut trop élevé, entraîne touteune série de conséquences :

dégâts par l’arc au point de défaut ; enparticulier fusion des circuits magnétiques desmachines tournantes,

tenue thermique des écrans de câble.dimensions et coût de la résistance de mise

à la terre,induction dans les circuits de

télécommunications voisins,danger pour les personnes, par élévation

du potentiel des masses.

Malheureusement l’optimisation de l’une deces exigences entraîne automatiquementladégradation de l’autre. Ainsi deux méthodestypiques de mise à la terre du neutreaccentuent ce contraste :

le neutre isolé, qui supprime la circulationdans le neutre du courant de défaut terre,mais génère le plus de surtensions,

le neutre à la terre direct, qui réduit auminimum les surtensions, mais provoque uncourant de défaut élevé.Ainsi le choix se portera souvent sur unesolution intermédiaire de neutre relié à la terrepar impédance.

difficultés et critèresde choix


régimes de neutre (suite)

Dans un tel réseau, un défaut phase terrene provoque qu’un faible courant parl’intermédiaire des capacités phase-terredes phases saines.On démontre que Id = 3 CωV

c V étant la tension simple,c C la capacité d’une phase par rapportà la terre,c ω la pulsation du réseau (ω = 2πf).

Le courant Id peut subsister longtemps enprincipe sans dommages car il ne dépasse pasquelques Ampères (2A par km environ pour uncâble unipolaire 6 kV de 150 mm2 de sectionisolé au PRC dont la capacité est de0,63µF/km). Il n’est donc pas nécessaired’intervenir pour éliminer ce 1er défaut, ce quiconfère à cette solution l’avantage essentiel demaintenir la continuité de service.Mais ceci entraîne des conséquences :c le défaut d’isolement s’il n’est pas éliminédoit être obligatoirement signalé par uncontrôleur permanent d’isolementc la recherche ultérieure du défaut exige d’unepart un appareillage d’autant plus complexequ’il est automatique, pour permettreune identification rapide du départ en défaut,d’autre part un service entretien qualifié pourl’exploiter,c au cas où le 1er défaut n’est pas éliminé,un deuxième défaut survenant sur une autrephase va provoquer un véritable court-circuitbiphasé par la terre, lequel sera éliminé par lesprotections de phase.

neutre isolé

Id

AvantageL’avantage essentiel est la continuité deservice parce que le courant de défaut trèsfaible permet de ne pas déclencherautomatiquement.

InconvénientsLa non élimination des surtensions parécoulement à la terre est un handicap majeursi elles sont élevées. De plus, en cas de mise àla terre d’une phase, les autres se trouventportées à la tension composée (U = V.e) parrapport à la terre ce qui renforce la probabilitéd'un second défaut. Le coût d’isolement estplus élevé car la tension composée resteappliquée entre phase et terre pendant unedurée qui peut être longue puisqu'il n'y a pasde déclenchement automatique. Un serviceentretien équipé du matériel adéquat pourla recherche rapide du 1er défaut d’isolementest nécessaire.

ApplicationsC’est une solution souvent utilisée pour lesréseaux industriels (≤ 15 kV) nécessitant lacontinuité de service.


neutre à la terrepar résistance

Dans ce type de schéma, une impédancerésistive limite le courant de défaut à la terre Id,tout en permettant un bon écoulement dessurtensions. Mais par conséquent, desprotections doivent intervenirautomatiquement pour éliminer le premierdéfaut. Dans les réseaux alimentant desmachines tournantes la valeur de la résistanceest déterminée pour obtenir un courant Id de15 à 50 A.Mais il faut que ce courant faible soitnéanmoins Id ≥ 2 Ic (Ic : courant capacitif totaldu réseau) pour réduire les surtensions demanœuvre et permettre une détection simple.Dans les réseaux de distribution, on adoptedes valeurs plus élevées (100 à 1000 A) plusfaciles à détecter et permettant l’écoulementdes surtensions de foudre.

AvantagesCe schéma est un bon compromis entre uncourant de défaut faible, et des surtensionsbien écoulées. Les protections sont simples,sélectives et le courant est limité.

Inconvénientsc pas de continuité de service ; en cas dedéfaut terre, celui-ci doit être éliminé aussitôt,c le coût de la résistance de mise à la terrecroît avec Ia tension et le courant limité.

ApplicationsRéseaux MT de distribution publique etindustrielle.

Résistance de mise à la terre (Rn)Si le neutre est accessible (transfo couplé enétoile) la résistance de mise à la terre peut êtrebranchée entre neutre et terre. Lorsquele neutre n’est pas accessible ou lorsquel'étude de sélectivité en démontre l'intérêt,on réalise un point neutre artificiel (générateurhomopolaire) avec une bobine ou untransformateur spécial à très faible réactancehomopolaire.

ProtectionsLa détection d’un courant de défaut Id faiblenécessite des protections différentes des relaisde surintensité phases.Ces protections “de terre” détectent le courantde défaut :c soit directement dans la liaison du neutre à laterre 1 ,c soit dans le réseau en mesurant la sommevectorielle des 3 courants en utilisant :v soit 3 capteurs de courant de phasealimentant les protections 2v soit un tore - (mesure précise à utiliserde préférence) 3 .

1 2 3

IN

>

IN

>

IN

>

Id

N

Rn

IN

>

neutre accessible

Le réglage du seuil se fait en fonctiondu courant de défaut Id calculé en négligeantles impédances homopolaires de source et deliaison par rapport à l’impédance R

n et en

tenant compte des 2 règles :c réglage > 1,3 fois l capacitif du réseau enaval de la protection,c réglage de l'ordre de 20 % du courantmaximum de défaut à la terre.De plus, si la détection est réalisée par 3 TC,le réglage ne doit pas être inférieur à 10% ducalibre des TC pour tenir compte del'incertitude liée :v à l'asymétrie des courants transitoires,v à la dispersion des performances.

Rn

IN

>

neutre non accessible


régimes de neutre (suite)

Pour les tensions de réseaux supérieures à40 kV, on préfère utiliser une réactance plutôtqu'une résistance pour des raisons de difficultéde réalisation dues au dégagement dechaleur en cas de défaut.

mise à la terrepar réactance

mise à la terre par réactancede compensation

Ce système permet de compenser le courantcapacitif du réseau.

En effet le courant de défaut est la sommedes courants qui parcourent les circuitssuivants :

c la mise à la terre par réactance,c les capacités des phases saines parrapport à la terre.Ces courants se compensent puisque :c l'un est selfique (dans la mise à la terre),c l'autre est capacitif (dans les capacités desphases saines).Ils s'ajoutent donc en opposition de phase.

AvantageCe système permet de diminuer les courantsde défaut même si la capacité phase terreest grande.

InconvénientLe coût de la réactance de mise à la terrepeut être élevé en raison de la nécessité demodifier la valeur de la réactance pouradapter la compensation.

LN

Id

mise à la terre directedu neutre

Le neutre étant mis à la terre sans impédancede liaison, le courant de défaut Id entre phaseet terre est pratiquement un court-circuit phaseneutre, donc de valeur élevée. Ce schémaidéal pour l’écoulement des surtensions,entraîne tous les inconvénients et dangersd’un fort courant de défaut terre. Il n’y a pas decontinuité de service, mais pas deprotections spécifiques, les protectionsnormales de surintensités de phasesagissent pour éliminer le défaut.

Applicationsc ce type de schéma n’est pas utilisé dansles réseaux MT européens aériens ousouterrains, mais par contre généralisé dansles réseaux de distribution nord américains.Dans ces réseaux (aériens) d’autresparticularités interviennent pour justifierce choix :v existence d’un conducteur neutre distribué,v distribution 3 ph ou 2 ph/N ou ph/N,v utilisation du conducteur neutre commeconducteur de protection avec mise à la terresystématique à chaque poteau.

c ce type de schéma peut être utilisé quand lapuissance de court-circuit de la source estfaible.

ProtectionLa détection du défaut est basée sur lacomposante active du courant résiduel. Eneffet le défaut provoque la circulation decourants résiduels dans l'ensemble duréseau, mais seul le circuit en défaut estparcouru par un courant résiduel résistif.De plus les dispositifs de protection tiennentcompte des défauts auto-extincteursrépétitifs (défauts récurrents).

Lorsque la réactance de la mise à la terre etla capacité du réseau sont accordées(3LNCo2=1)v le courant de défaut est minimum,v c'est un courant résistif,v le défaut est auto-extincteur.

La réactance de compensation s'appellealors bobine d'extinction, ou bobine dePetersen.


introduction Le court-circuit est l’un des incidentsmajeurs qui peuvent affecter les réseauxélectriques.

Ses conséquences sont souvent gravessinon dramatiques :c le court-circuit perturbe l’environnement duréseau autour du point de défaut parle creux de tension brutal qu’il entraîne,c il contraint à mettre hors service,par le jeu des protections appropriées,une partie souvent importante du réseau,c tous les matériels et liaisons (câbles,lignes) traversés par le court-circuitsubissent une forte contrainte mécanique(efforts électro-dynamiques) qui peutentraîner des ruptures, une contraintethermique pouvant entraîner la fusiondes conducteurs et la destruction desisolants,c au point de défaut, se manifeste le plussouvent un arc électrique de forte énergie,dont les effets destructeurs sont trèsimportants, et qui peut se propagertrès rapidement.

courants de court-circuit

Malgré la probabilité de plus en plus faibled’apparition d’un court-circuit dansles installations modernes, bien conçues,et bien exploitées, les conséquences gravesqui peuvent en résulter incitent à tout mettreen œuvre pour détecter et éliminertrès rapidement tout court-circuit.

La connaissance de la valeur du courantde court-circuit en différents pointsdu réseau est une donnée indispensablepour définir les câbles, jeux de barres ettous matériels d’interruption et de protectionainsi que leurs réglages.

définitions Le courant de court-circuit en un point d’unréseau s’exprime par la valeur efficace Icc(en kA) de sa composante alternative.La valeur instantanée maximale que peutatteindre le courant de court-circuitest la valeur de crête ip de la premièredemi alternance.Cette valeur de crête peut être beaucoupplus élevée que r.Icc en raison de lacomposante continue amortie qui peutse superposer à la composante alternative.Cette composante continue aléatoiredépend de la valeur instantanée de latension à l’instant initial du court-circuit,et des caractéristiques du réseau.

iρ

2 2 Icc

courant

temps

composante continue

La puissance de court-circuit est définiepar l’expressionScc = eUn . Icc (en MVA).Cette valeur fictive n’a aucune réalitéphysique ; c’est une grandeurconventionnelle pratique assimilableà une puissance apparente.


La valeur Icc du courant de court-circuittriphasé en un point F du réseau est :

où U désigne la tension entre phases aupoint F avant l'apparition du défaut et Zccl’impédance équivalente du réseau amontvue du point de défaut.

c ce calcul est donc simple en principe ;sa complexité pratique résulte de la difficultéà calculer Zcc, impédance équivalente àtoutes les impédances unitaires en série eten parallèle des composants du réseausitués en amont du défaut. Ces impédancessont elles-mêmes, la somme quadratiquede réactances et résistances :

Zcc = R2 + X2

Une simplification importante consisteen particulier à connaître la puissance decourt-circuit (Scc) au point de raccordementdu réseau du distributeur.

Connaissant Scc en ce point, on en déduitl’impédance Za équivalente en amont dece point par la formule :

Ueeeee Zcc

U

U

F

F

F

courants de court-circuit (suite)

U2

SccZa = , Icc =

U

eeeee Za

court-circuit entre phases De même, la source de tension n’est pasunique, il peut y avoir plusieurs sourcesen parallèle, en particulier les moteurssynchrones et asynchrones se comportentsur court-circuit comme des générateurs.Le courant de court-circuit triphasé estgénéralement le courant le plus élevéqui peut circuler dans le réseau.Le courant de court-circuit biphasé estplus faible, (dans le rapport dee/2, soit environ 87%).

Io

1

2

3

N

Zn

court-circuit phase-terre(monophasé)

Icc biphasé =U

2 Zcc

Zcc Icc

Zcc

Zcc

V

Icc =

Ueeeee Zn

I0 z

I0 = U eeeeeZ1 + Z2 + Z0 + 3 Zn

La valeur de ce courant dépend del’impédance Zn située entre le neutreet la terre ; cette impédance peut êtrequasiment nulle si le neutre est directementmis à la terre (en serie avec la résistancede prise de terre) ou au contraire quasimentinfinie si le neutre est isolé (en parallèleavec la capacité phase terre du réseau).Ce courant de court-circuit déséquilibrénécessite de faire appel pour son calculà la méthode des composantes symétriques.Cette méthode remplace le réseau réel parla superposition de 3 réseaux :direct, inverse, homopolaire.Chaque élément du réseau est ainsicaractérisé par 3 impédances :Z

1directe, Z

2 inverse, Z

0 homopolaire.

La valeur du courant Io de défaut phase-terre est :

Ce calcul est nécessaire dans les réseauxoù le neutre est relié à la terre parune impédance Z

n, pour déterminer

le réglage des protections “de terre” quidoivent intervenir pour couper le courantde défaut à la terre.En pratique :


Le calcul du courant de court-circuitauxbornes d’un générateur synchroneest plus complexe qu’aux bornes d’untransformateur raccordé au réseau.Cecirésulte du fait qu’on ne peut pasconsidérer l’impédance interne dela machine comme constante après le débutdu défaut. Elle s’accroit progressivement,donc le courant diminue en passant partroispériodes caractéristiques :

subtransitoire : (0,01 à 0,1 s environ).Le courant de court-circuit (valeur eff.de la composante alternative) est élevé :5 à 10fois le courant nominal permanent.

transitoire : (entre 0,1 et 1 s). Le courantde court-circuit décroît jusqu'à atteindreentre 2 à 6 fois le courant nominal.

permanent : le courant de court-circuittombe entre 0,5 et 2 fois le courant nominal.

courant de court-circuitaux bornes d’un générateur

Les valeurs données dépendentde la puissance de la machine, de son moded'excitation et, pour lecourant permanent,de la valeur ducourant d’excitation, doncde la charge de lamachine, au momentdu défaut.De plus l’impédance homopolairedesalternateurs est en général 2à 3 foisplus faible que leur impédance directe ;le courant de court-circuit phase terre seraalors plus élevé que le courant triphasé.A titre de comparaison le court-circuittriphasé permanent aux bornes d’untransformateur s’échelonne de 6 à 20 foisle courant nominal suivant la puissance.On peut donc conclure que les court-circuitsaux bornes des générateurs sont difficilesà caractériser, mais surtout que c’est leurvaleur faible et décroissante qui rend délicatle réglage des protections.

calcul des courantsde court-circuit

Les règles de calcul des courantsde court-circuit dans les installationsindustrielles ont été définies dans la normeCEI 909 éditée en 1988.Le calcul effectif des courantsde court-circuit en divers points d'un réseaupeut rapidement devenir un travail laborieuxlorsque l'installation est complexe.L'utilisation de logiciels spécialisés permetd'effectuer ces calculs plus rapidement.

allure des trois courants de court-circuit aux bornes d'un générateur

apparitiondu défaut

i2

t

i3

t

t

i1

transitoires permanentsphénomènes substransitoirescourant


courants de court-circuit (suite)

comportement desmatériels au court-circuit

On distingue 2 types de matériels de réseau,suivant qu’ils ont ou non à intervenir aumoment du défaut.

Matériels passifsDans cette catégorie rentrent touslesmatériels destinés par leur fonctionà véhiculer aussi bien le courant normal quele courant de court-circuit sans dommages.

Ce sont les câbles, lignes, jeux de barres,sectionneurs, interrupteurs, transformateurs,réactances etcondensateurs,transformateurs de mesure.Pour ces matériels, on définit la facultéde supporter le passage d’un court-circuitsans dommage par :

la tenue électrodynamique (expriméeen kA crête) qui caractérise leur résistancemécanique aux contraintesélectrodynamiques.

la tenue thermique (exprimée en kA effpendant 1 à 5 secondes) qui caractérisel’échauffement maximal admissible.

Matériels actifsDans cette catégorie sont classéslesmatériels destinés à éliminer le courantde court-circuit : disjoncteurs et fusibles.Cette propriété est chiffrée par le pouvoirde coupure et si besoin par le pouvoirdefermeture sur défaut.

pouvoir de coupureCette caractéristique essentielle d’unappareil d’interruption est le courantmaximal (en kA eff) qu’il est capabledecouper dans des conditions spécifiquesdéfinies par les normes ; il s’agitgénéralement de la valeur efficace de lacomposante alternative du courant decourt-circuit ; parfois on spécifie pourcertains appareils la valeur efficace de lasomme des 2 composantes :alternative etcontinue ; c’est alorsle “courant asymétrique”.

Le pouvoir de coupure dépend de conditionscomplémentaires :

tension,rapport R/X du circuit coupé,fréquence propre du réseau,nombre de coupures au courant maximal,

par exemple le cycle :O - F/O - F/O(O = ouverture ; F = fermeture),

état de l'appareil après essais.

Le pouvoir de coupure apparaît donccomme une caractéristique assez complexeà définir : il n’est donc pas surprenant que lemême appareil se voit attribuer unpouvoirde coupure différent suivant la norme qui ledéfinit.

pouvoir de fermeture sur court-circuitGénéralement cette caractéristique estimplicitement définie par le pouvoirde coupure : un appareil doit être capablede fermer sur un court-circuit qu’il estcapable de couper.Parfois le pouvoir de fermeture doit être plusélevé, par exemple pour les disjoncteursd’alternateur.On définit alors le pouvoir de fermetureenkA crête, car c’est la 1ère crêteasymétrique qui est la plus contraignanteau point de vue électrodynamique.

courant de court-circuit présumé“coupé”Certains appareils ont la propriété de“limiter” le courant qu’ils ont à couper.Leur pouvoir de coupure est défini commele courant maximal présumé coupé, qui sedévelopperait dans un court-circuit francétabli aux bornes amont de l’appareil.

I >

I >

I >


Les protections constituent entre ellesun ensemble cohérent dépendant de lastructure du réseau et de son régimede neutre. Elles doivent donc êtreenvisagées sous l’angle d’un systèmereposant sur le principe de sélectivité :il consiste à isoler le plus rapidementpossible la partie du réseau affectée par undéfaut et uniquement cette partie,en laissant sous tension toutes les partiessaines du réseau.

introduction

sélectivité

Différents moyens peuvent être mis enœuvre pour assurer une bonne sélectivitédans la protection d’un réseau électrique :c sélectivité ampèremétrique (par lescourants),c sélectivité chronométrique (par le temps),c sélectivité par échange d’informations, ditesélectivité logique,c sélectivité par utilisation de protectionsdirectionnelles,c sélectivité par utilisation de protectionsdifférentielles.

sélectivité ampèremétrique Elle est basée sur le fait que dans unréseau, le courant de défaut est d'autantplus faible que le défaut est plus éloignéde la source.Une protection ampèremétrique estdisposée au départ de chaque tronçon :son seuil est réglé à une valeur inférieureà la valeur de court-circuit minimal provoquépar un défaut sur la section surveillée, etsupérieure à la valeur maximale du courantprovoqué par un défaut situé en aval(au-delà de la zone surveillée).Ainsi réglée, chaque protection nefonctionne que pour les défauts situésimmédiatement en aval de sa position, et estinsensible aux défauts apparaissant au-delà.Cependant, en pratique, il est difficilede définir les réglages de deux protectionsen cascade (tout en assurant une bonnesélectivité) lorsque le courant ne décroît pasde façon notable entre deux zones voisines(ce qui est le cas en moyenne tension).Par contre, pour des tronçons de lignesséparés par un transformateur, ce systèmeest avantageusement utilisé car simple,de coût réduit et rapide (déclenchementsans retard).

Un exemple d'application est donné(fig.1).

ICCA > Ir ≥ ICCB

Ir = intensité de réglageICCB image au primaire du transformateurdu courant de court-circuit maximumau secondaire.

(fig.1)

exemple de sélectivité ampèremétrique

Icc A

I >

Icc B

A

B

I

Ir

ICCB maxi. ICCA mini.


sélectivité (suite)

sélectivité chronométrique Elle consiste à donner des temporisationsdifférentes aux protections ampèremétriqueséchelonnées le long du réseau.Ces temporisations sont d’autant pluslongues que le relais est plus prochede la source.Ainsi, sur le schéma ci-contre, le défautreprésenté est vu par toutes les protections(en A, B, C, et D). La protectiontemporisée D ferme ses contacts plusrapidement que celle installée en C, elle-même plus rapide que celle installée en B…Après l’ouverture du disjoncteur D etla disparition du courant de défaut,les protections A, B, C qui ne sont plussollicitées, reviennent à leur positionde veille.La différence des temps de fonctionnement∆t entre deux protections successives estl’intervalle de sélectivité. Il doit tenir compte :c du temps de coupure Tc des disjoncteurs,c des tolérances de temporisation dt,c du temps de retour au repos desprotections : tr.

∆t doit donc satisfaire à la relation :∆t ≥ Tc + tr + 2dt.Compte-tenu des performances actuelles del’appareillage et des relais, on adopte pour∆t une valeur de 0,3 s.Ce système de sélectivité a deuxavantages :c il assume son propre secours(en éliminant une partie sainede l’installation),c il est simple.Par contre, lorsque le nombre de relaisen cascade est grand, du fait quela protection située le plus en amonta la temporisation la plus longue, on aboutità un temps d’élimination de défaut prohibitifet incompatible avec la tenue des matérielsau courant de court-circuit, ou avecles impératifs extérieurs d’exploitation,(raccordement au réseau électriqued’un distributeur par exemple).Ce principe est utilisé dans les réseauxen antenne.

(*)IRA ≥ IRB ≥ IRC ≥ IRD

IR : intensité de réglage de la protection

réglage temporisation

défaut entre phases

0,2s

D

I >

0,5s

C

I >

0,8s

B

I >

1,1s

AI >

I >

I >

I >


t

I

C B A

∆t

∆t

IrC

IrB

IrA

tA

tB

tC

IccC

IccB

IccA

t

I

t

I

C B A

∆t

∆t

IrC

IrB

IrA

IccC

IccB

IccA

t

I

B

IrC

IrB

IrA

A

C

application de la sélectivitéchronométrique

Les temporisations déterminées pour obtenirla sélectivité chronométrique sont activéeslorsque le courant dépasse les seuils desrelais. Il faut donc que les réglages desseuils soient cohérents.

Il y a 2 types de relais ampèremétriquestemporisés :cles relais à temps indépendants (fig. 1) :la temporisation est constante etindépendante du courant pourvu qu'il soitsupérieur au seuil.IrA > IrB > IrC , tA > tB > tC.

cles relais à temps dépendants (fig. 2)(temps inverse) : la temporisation estd'autant plus courte que le courant estélevé.Si les seuils sont réglés à In, la protection desurcharge est assurée en même temps quela protection de court-circuit et la cohérencedes seuils est assurée.InA

> InB

> InC

IrA = InA IrB = InB IrC = InC

Les réglages de temporisation sontdéterminés pour obtenir l'intervalle desélectivité ∆t pour le courant maximum vupar la protection aval.

(fig.1)courbe de déclenchement à temps indépendant

seuil de courant

nonfonctionnement

fonctionnementtemporisé

temporisation

seuil de courant

nonfonctionnement

fonctionnementtemporisé

(fig.2)courbe de déclenchement à temps dépendant


sélectivité (suite)

Ce principe est utilisé lorsque l'on souhaiteobtenir un temps d'élimination de défautcourt.

L’échange d’informations logiques entreprotections successives permetla suppression des intervalles desélectivité.

En effet, dans un réseau en antenne,lesprotections situées en amont du pointde défaut sont sollicitées, celles en avalne le sont pas ; cela permet de localisersans ambiguïté le point de défaut etle disjoncteur à commander.Chaque protection sollicitée par un défautenvoie :

un ordre d’attente logique à l’étage amont(ordre d’augmentation de la temporisationpropre du relais amont),

un ordre de déclenchement au disjoncteurassocié sauf s’il a lui-même reçu un ordred’attente logique de l’étage aval.Un déclenchement temporisé est prévuen secours.

AvantageLe temps de déclenchement estindépendant de la position du défaut dans lacascade de sélectivité.

sélectivité logique

attente logique

défaut entre phases

système de sélectivité logique

R

I >

I >

R

I >

R

I >

I >

I >

I >


sélectivité directionnelle

I > I >

1

IA

H2H1

D2D1

I

exemple d'utilisation de protections directionnellessens de la détection

Dans un réseau bouclé, où un défaut estalimenté par les deux extrémités, il faututiliser une protection sensible au sensd’écoulement du courant de défaut pourpouvoir le localiser et l’éliminer.

Exemple d'utilisation de protectionsdirectionnelles :D1 et D2 sont équipés de protectionsdirectionnelles instantanées, H1 et H2 sontéquipés de protections à maxi de couranttemporisées.En cas de défaut au point 1 , seules lesprotections de D1 (directionnelle), H1 et H2voient le défaut. La protection sur D2 ne levoit pas (en raison de son sens dedétection). D1 s'ouvre. La protection de H2se désexcite, H1 s'ouvre.

tH1 = tH2

tD1 = tD2

tH = tD + ∆t

I

∆I

Rs

I'

sélectivité par protectiondifférentielle

Ces protections comparent les courants auxextrémités du tronçon de réseau surveillé.Toute différence d’amplitude et de phaseentre ces courants signale la présence d’undéfaut : elle ne réagit qu’aux défautsinternes à la zone couverte et est insensibleà tout défaut externe. Elle est donc sélectivepar nature.

L'équipement protégé peut être : un moteur,un alternateur, un transformateur ouune liaison (câble ou ligne).Cette protection s'utilise :c pour détecter des courants de défautinférieurs au courant nominal,c pour déclencher instantanément puisquela sélectivité est basée sur la détectionet non sur la temporisation.

Il existe 2 grands principes :c la protection différentielle à hauteimpédance est connectée en série avec unerésistance de stabilisation(1) dans le circuitdifférentiel,c la protection différentielle à pourcentageest connectée indépendamment aux circuitsdes courants I et I'. La différence descourants I - I' est déterminée dans laprotection, et la stabilité(1) de la protectionest obtenue par une retenue relative à lamesure du courant traversant

(1) La stabilité de la protection différentielleest sa capacité à rester insensible s'il n'y apas de défaut interne à la zone protégéemême si un courant différentiel est détecté :v courant magnétisant de transformateur,v courant capacitif de ligne,v courant d'erreur dû à la saturation descapteurs de courant.

équipementprotégé

schéma de protection différentielle à hauteimpédance

I I'

∆I

schéma de protection différentielleà pourcentage

équipementprotégé

I + I'2

.


Les protections de réseaux doiventpermettre :

de détecter les défauts, d’éliminer les parties du réseau qui sont

défaillantes en sauvegardant les partiessaines.Le choix des protections doit être effectuéen fonction de la configuration du réseau(marche en parallèle d’alternateurs outransformateurs, réseau bouclé ou enantenne, mode de mise à la terre duneutre…).Il faut envisager indépendamment lesprotections contre :

les défauts entre phases, les défauts à la terre (protections liées au

régime de neutre du réseau).Nous le ferons en examinantsuccessivement les cas :

d’une arrivée, de deux arrivées, d’un jeu de barres, d’une boucle.

introduction

protection des réseaux


protection des réseaux (suite)

réseau à une arrivée défauts entre phases (fig. 1)

La protection au niveau D détectele défaut 1 sur le départ, et déclencheavec un retard tD.La protection au niveau A, détecteles défauts 2 sur le jeu de barres,et déclenche avec un retard t

A.

Elle agit également en secours,en cas de défaillance de la protection D.On choisit : IrA ≥ IrD et tA ≥ tD +∆t∆t : intervalle de sélectivité(en général 0,3 s).

(fig. 1)

D

I >

A

1

2

I > tA

tD

(fig. 2)

2

A

D2

H

D3 D1

I >N

I >N

I >NI >NI >N

1

3

courant résistif courant capacitif

défauts phase terre

Neutre à la terre par résistanceau niveau du transformateur (fig.2)Les départs, l’arrivée, ainsi que la connexionde mise à la terre du neutre, sont équipésd’une protection à maximum de courantterre.Ces protections sont nécessairementsdifférentes des protections contre lesdéfauts phases car les ordres de grandeurdes courants de défauts sont différents.Les protections des départs sont régléessélectivement par rapport à la protectionde l’arrivée, elle-même réglée sélectivementpar rapport à la protection équipant laconnexion de mise à la terre(respect des intervalles de sélectivité).Le courant de défaut se referme par lescapacités des départs sains et la résistancede mise à la terre.Les capteurs des départs sains détectenttous un courant capacitif.Pour éviter les déclenchements intempestifs,la protection de chaque départ est réglée àun seuil supérieur au courant capacitifpropre du départ :c défaut en 1 :le disjoncteur D1 s’ouvre sur actionde la protection qui lui est associée,c défaut en 2 :le disjoncteur A s’ouvre sur actionde la protection de l’arrivée,c défaut en 3 :la protection située sur la connexion de miseà la terre du neutre provoque l’ouverture dudisjoncteur H au primaire du transformateur.


défauts phase terre (suite)

Neutre à la terre par résistanceau niveau du jeu de barres (fig. 3)Les protections des départs et celle del’arrivée sont réglées sélectivement parrapport à la protection équipant l’impédancede mise à la terre. De même que dans lecas précédent, la protection de chaquedépart est réglée à un seuil supérieur aucourant capacitif propre au départ.En cas de défaut sur un départ 1 seulle disjoncteur du départ D1 s’ouvre.En cas de défaut sur le jeu de barres 2 ,seule la protection équipant la connexionde mise à la terre détecte le défaut.Elle ouvre le disjoncteur A.Enfin, en cas de défaut au secondaire dutransformateur 3 ,la protection de l’arrivée détecte le défaut.Elle ouvre le disjoncteur H.

Nota : lorsque le disjoncteur A est ouvert,le secondaire du transformateur est à neutreisolé.

A

D1

H

3

D2

1

IrD

tD

IrA

tA

I >N

I >NI >N

2

IrN

tN

I >N

(fig. 3)

Neutre isolé (fig. 4)Un défaut, quelle que soit sa localisation,provoque un courant qui se referme par lescapacités des départs sains.Dans le cas général des réseaux industriels,ce courant est faible (quelques ampères) ;il permet de continuer l’exploitation, tout encherchant à localiser le défaut.Le défaut est détecté par un contrôleurpermanent d’isolement (Vigilohm) ou uneprotection à maximum de tension résiduelle.Dans le cas où le courant capacitif total duréseau est important (une dizained’ampères), il y a lieu de prendre desdispositions supplémentaires pour éliminerrapidement le défaut.Pour déclencher sélectivement le départen défaut, on peut utiliser une protectiondirectionnelle de terre.

U >N

(fig. 4)

contrôlepermanentd'isolement



réseau à deux arrivées défauts entre phases (fig.1)

Réseau à deux arrivées transformateursou à deux arrivées lignesLes départs sont équipés de protectionsà maximum de courant phases dontla temporisation est réglée à la valeur tD.Les deux arrivées A1 et A2 sont équipéesde protections à maximum de courantphases réglées sélectivement avec lesdéparts, soit à une valeur tA ≥ tD + ∆t.De plus, elles sont équipées de protectionsdirectionnelles dont la temporisation estréglée à tR < tA – ∆t.Ainsi, un défaut en 1 est éliminé parl’ouverture de D2 avec un retard tD.Un défaut en 2 est éliminé par l’ouverturede A1 et A2 avec un retard tA(les protections directionnelles ne voyantpas le défaut).Enfin, un défaut en 3 est vu par laprotection directionnelle de A1 qui s’ouvreà l’instant tR, permettant de continuerl’exploitation de la partie saine du réseau.Cependant le défaut 3 est toujoursalimenté par T1. A l’instant tH ≥ tA + ∆t,H1 s’ouvre sous l’action de la protectionà maximum de courant phases qui l’équipe.

3

2

I

A1 A2

T1 T2

I >

H1 H2

I > tH

tH

tR

tA

tD

D2

tD

I >

I

I >

tR

tA

D1

1

I > I >

A1

H1

3

1

D1 D2

A2

H2

D3

I >N

I >N

IN

I >N

I >NI >N

2

tN

tN

INtR

tR

tD

tD

tD

(fig. 1)

(fig. 2)

défauts phase-terre (fig. 2)

Réseau à deux arrivées transformateursNeutre à la terre par résistance au niveaudes transformateurs. Les départs sontéquipés de protections à maximum decourant terre réglées à un seuil supérieurau courant capacitif correspondant et dont latemporisation est tD.Les arrivées A1 et A2 sont équipées deprotections directionnelles terre dont latemporisation est tR.Les connexions de mise à la terre du neutresont équipées de protections à maximumde courant terre dont le seuil est supérieuraux réglages des protections des arrivéeset des départs et dont la temporisationest tN ≥ tD + ∆t.Ainsi un défaut en 1 est éliminé parl’ouverture de D1.Un défaut en 2 est éliminé par lesouvertures de A1, A2, H1 et H2provoquées par les protections situées surles connexions de mise à la terre du neutredes 2 transformateurs.Un défaut en 3 est vu par la protectiondirectionnelle terre de A1 qui s’ouvre àl’instant tR permettant de continuerl’exploitation de la partie saine du réseau.Cependant le défaut 3 est encore alimentéjusqu’à l’instant tN où la protection située surla connexion de mise à la terre dutransformateur correspondant provoquel’ouverture du disjoncteur H1.

sens de la détection

sens de la détection


En plus des protections décritesprécédemment, un jeu de barres peut êtreéquipé d’une protection spécifique, diteprotection différentielle haute impédance,dont le but est d’être sensible, rapide etsélective.La protection différentielle (fig. 3)fait la somme vectorielle par phasedes courants, entrant et sortant du jeude barres ; lorsque cette somme n’est pasnulle, elle déclenche les disjoncteurs desalimentations du jeu de barres.

La sélectivité logique (fig. 4) appliquée auxprotections à maximumde courant apporte une solution simple à laprotection de jeu de barre.Un défaut en 1 est vu par la protection deD1 qui émet un ordre d’attente logique versla protection de A.La protection de D1 déclenche après 0,6 s.Un défaut en 2 n’est vu que par laprotection de A qui déclenche après 0,1 s.

jeu de barres

∆I

A

D1

D2

1

2

t = 0,1 s

t = 0,6 s

t = 0,3 s

I >

I >

I >

(fig. 4)

(fig. 3)



boucle ouverteboucle fermée

Dans un réseau de distribution comportantdes sous-stations alimentées en boucle,la protection peut être assurée en tête deboucle ou par tronçon :

Protection en tête de boucle (fig. 1)

La boucle est toujours ouverte.Une protection à maximum de courantéquipe le disjoncteur de chaque tête deboucle.Un défaut sur un câble reliant 2 sous-stations provoque l’ouverture de l’un oul’autre des disjoncteurs de tête selon le lieud’ouverture de la boucle.Souvent la protection est complétée par unautomatisme :c qui élimine le défaut (hors tension) enouvrant les appareils situés aux extrémitésdu câble concerné, après localisation ducâble en défaut (par détecteur de défaut),c qui referme le disjoncteur de tête qui adéclenché,c qui ferme l’appareil qui assurait l’ouverturenormale de la boucle.

I > I >

(fig. 1)

∆I ∆I

∆I ∆I

Protection par tronçon

Un disjoncteur équipe chaque extrémité decâble avec plusieurs solutionsde protection :

Protection différentielle (fig. 2)chaque câble est équipé d’une protectiondifférentielle de ligne et chaque sous-stationest équipée d’une protection différentiellede jeu de barres.La protection est très rapide.De plus, si le neutre est mis à la terre parrésistance, il faut s’assurer que la sensibilitédes protections différentielles couvre lesdéfauts phase terre.Cette solution fonctionne aussi bien enboucle ouverte que fermée.

(fig. 2)


I >

I >

I I >

I >

t5

t4 t1t4 t1

I >

t3 t2

I >

t3 t2

t5

I I I

Protection par tronçon (suite)

Protection à maximum de courant etsélectivité logique directionnelle (fig. 3)Les disjoncteurs de la boucle sont équipésde protections à maximum de courant et deprotections directionnelles ; de plus, leprincipe de la sélectivité logique est utilisépour obtenir le temps le plus court pourl’élimination d’un défaut.Un défaut sur la boucle sollicite :c toutes les protections si la boucle estfermée,c toutes les protections en amont du défautlorsque la boucle est ouverte.Chaque protection adresse un ordred’attente logique vers l’une ou l’autre desprotections adjacentes sur la boucle, enfonction de l’information délivrée par laprotection directionnelle.Les protections qui ne reçoivent pas d’ordred’attente logique déclenchent avec un retardminimum indépendant de la position dudéfaut sur la boucle :c le défaut est éliminé par deux disjoncteursde part et d’autre du défaut si la boucle estfermée et tous les tableaux restentalimentés,c le défaut est éliminé par le disjoncteuramont si la boucle est ouverte.Cette solution est complète car elle protègeles câbles et les réseaux. Elle est rapide,sélective et elle inclue la protection ensecours.

Protection à maximum de courant etmaximum de courant directionnel (fig. 4)Dans le cas d’une boucle limitéeà 2 sous-stations seulement la sélectivitéchronométrique peut être utilisée avec desprotections à maximum de courant et àmaximum de courant directionnel commele montre la fig.5.Un nombre de sous-stations plus élevéconduit à des temporisations prohibitives.

Protection de distanceElle n’offre d’intérêt que pour des liaisonstrès longues (plusieurs kilomètres) ; peuutilisée en moyenne tension.

(fig. 3)

(fig. 4)

l'écart entre les temporisations t1, t2 …t5 est l'intervalle de sélectivité ∆t sens de la détection

I >

I

I

I

I

I >

I

I

I

I


introduction

protection des transformateurs

types de défauts Les principaux défauts qui peuvent affecterun transformateur sont :c la surcharge,c le court-circuit,c le défaut à la masse.

La surcharge peut être due àl’augmentation du nombre de chargesalimentées simultanément ouà l’augmentation de la puissance absorbéepar une ou plusieurs charges.Elle se traduit par une surintensité de longuedurée qui provoque une élévationde température préjudiciable à la tenue desisolants et à la longévité du transformateur.

Le court-circuit peut être interneau transformateur ou externe.c interne : il s’agit d’un défaut entreconducteurs de phases différentes ou d’undéfaut entre spires du même enroulement.L’arc de défaut dégrade le bobinagedu transformateur et peut entraînerun incendie. Dans un transformateur à huile,l’arc provoque l’émission de gazde décomposition ; si le défaut est faible,il y a un petit dégagement gazeux, etl’accumulation de gaz devient dangereuse.Un court-circuit violent provoque des dégâtstrès importants qui peuvent détruirele bobinage mais aussi la cuve en répandantl’huile enflammée.

c externe : il s’agit d’un défaut entre phasesdans les liaisons avals. Le courant de court-circuit aval provoque dans le transformateurdes efforts électrodynamiques susceptiblesd’affecter mécaniquement les bobinageset d’évoluer ensuite sous forme de défautinterne.

Le défaut à la masse est un défaut interne.Il peut se produire entre bobinage et cuveou entre bobinage et noyau magnétique.Pour un transformateur à huile il provoqueun dégagement gazeux. Comme le court-circuit interne il peut entraîner la destructiondu transformateur et l’incendie.

L’amplitude du courant de défaut dépenddu régime de neutre des réseaux amontet aval, elle dépend aussi de la positiondu défaut dans le bobinage :c dans un couplage étoile (fig.1) le courant àla masse varie entre 0 et la valeur maximumselon que le défaut est à l’extrémité neutreou phase de l’enroulement.c dans un couplage triangle (fig.2) le courantà la masse varie entre 50 % et 100 % de lavaleur maximum selon que le défaut est aumilieu ou à une extrémité de l’enroulement.

I

100%0

I

100%50%0

I max I max

I max 2

(fig.1) (fig.2)

courant de défaut fonction de la position du défaut sur l'enroulement

Le transformateur est un élémentparticulièrement important d’un réseau.Il est nécessaire de le protéger efficacementcontre tous les défauts susceptibles del’endommager, qu’ils soient d’origine interneou externe.Le choix d’une protection dépend souventde considérations technico-économiquesliées à sa puissance.


dispositifs de protection SurchargeLa surintensité de longue durée est détectéede façon générale par une protection àmaximum de courant temporisée à tempsindépendant ou à temps inverse sélectiveavec les protections secondaires.

On utilise une protection à image thermiquepour surveiller avec une meilleure sensibilitél’élévation de température : l’échauffementest déterminé par simulation du dégagementde chaleur fonction du courant et de l’inertiethermique du transformateur.

protection des transformateurs (suite)

Court-circuitPour les transformateurs dans l’huileon utilise :c le relais Buchholz ou détecteur de gazpression et température DGPT qui estsensible au dégagement de gaz etau déplacement d’huile que provoquentrespectivement un court-circuit entre spiresd’une même phase et un court-circuit entrephases.c la protection différentielle detransformateur (fig.1) assure une protectionrapide contre les défauts entre phases.Elle est sensible et elle s’utilise pourles transformateurs importants.c une protection à maximum de courantinstantanée (fig.2) associée au disjoncteursitué au primaire du transformateur assurela protection contre les court-circuitsviolents.Le seuil de courant est réglé à une valeursupérieure au courant dû à un court-circuitau secondaire : la sélectivitéampèremétrique est ainsi assurée.c un fusible HT peut assurer la protectiondes transformateurs de petite puissance.

Défaut à la massec masse cuve (fig.3) :Cette protection à maximum de courantinstantanée installée sur la connexionde mise à la terre de la massedu transformateur (si son réglage estcompatible avec le régime de neutre)constitue une solution simple et efficacecontre les défauts internes entreun enroulement et la masse ; elle nécessited'isoler le transformateur par rapportà la terre.

Cette protection est sélective : elle n’estsensible qu’aux défauts à la massedu transformateur mais les valeursde réglages sont élevées.

Une autre solution consiste à assurerla protection contre les défauts à la terre :c par la protection de terre située surle réseau amont pour le défaut masseaffectant le primaire du transformateur,c par la protection de terre située surl’arrivée du tableau alimenté, si la miseà la terre du neutre du réseau avalest réalisé sur le jeu de barres (fig.4).Ces protections sont sélectives : elles nesont sensibles qu’aux défauts phase terresitués dans le transformateur ousur les liaisons amont et aval.c par une protection de terre restreinte sila mise à la terre du neutre du réseau avalse fait au niveau du transformateur (fig.5).Il s’agit d’une protection différentielle hauteimpédance qui détecte la différencedes courants résiduels mesurés sur la miseà la terre du neutre d’une part et sur la sortietriphasée du transformateur d’autre part.c par une protection de terre point neutre sila mise à la terre du neutre du réseau avalse fait au niveau du transformateur (fig.6).

(fig.1)

(fig.5)

∆I

(fig.6)

(fig.2)

(fig.4)

I >

IN

>

(fig.3)

IN

>

I >

I >>∆I


exemples de protectionde transformateurs

MT/BT

(1) Image thermique(2) Maxi de courant à 2 seuils(3) Maxi de courant terre(4) Buchholz ou DGPT(5) Masse cuve(6) Protection de terre point neutre(7) Différentielle transformateur(8) Protection de terre restreinte

(1) Image thermique(2) Fusible ou maximum de courant à 2 seuils(3) Maximum de courant terre(4) Buchholz ou DGPT(5) Masse cuve(6) Disjoncteur BT

faible puissance forte puissance

BT

MT MT

BT

∆I

I >>

IN

>

(7)

(8)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

IN

>

I >

I

(4)

I >>

(1)

(2)I >

I

(3)

IN

>

(6)IN

>

∆I

I >>I >>

MT/BT

forte puissancefaible puissance

IN

>

I>

I>>

IN>

(2)

(3)

(4)

(5)(6)

(2)

(6)

I (1)

(4)

IN

> (3)

MT/MT MT/MT


protection des transformateurs (suite)

indications de réglage type de défaut réglagessurcharge disjoncteur BT : In (pour transfo MT/BT)

image thermique :constante de temps de l'ordre de 10'

court-circuit fusible : calibre > 1,3 In,maximum de courant à temps indépendant

seuil bas < 6 In ; temporisation ≥ 0,3 s(sélectif avec l’aval),seuil haut > Icc aval, instantané

maximum de courant à temps dépendantseuil bas à temps inverse (sélectif avecl’aval),seuil haut > Icc aval, instantané,

différentielle transformateurpente : 25 % à 50 %.

défaut terre masse cuveseuil > 20 A (temporisation 0,1 s),

maximum de courant terreseuil ≤ 20 % courant maximum de défaut terreet ≥ 10 % calibre des TC si alimenté par 3TC,temporisation 0,1 s si mise à la terre dansle réseau,temporisation en fonction de la sélectivité si lamise à la terre est sur le transformateur,

protection de terre restreinteseuil de l’ordre de 10 % In si on utilise le montagesommateur à 3 TC,

protection de terre point neutreseuil de l'ordre de 10 % du courant maximumde défaut terre.


Le moteur assure l’interface entrele domaine électrique et le domainemécanique.Il est situé dans un environnement qui est liéà la charge entraînée dont il n’est pasdissociable.

D’autre part le moteur peut être soumisà des contraintes mécaniques internesdu fait qu’il comporte des pièces mobiles.

Un seul moteur indisponible peucompromettre un processus complet.

protection des moteurs

Les moteurs modernes ont descaractéristiques très optimisées quilesrendent peu aptes à desfonctionnements hors de leurscaractéristiques normales, il s'agit doncde récepteur électrique relativement fragiledont la protection doit être soignée.

introduction

types de défauts Les moteurs sont affectés par :les défauts liés à la charge entraînée,les défauts de l’alimentation,les défauts internes au moteur.

Défauts liés à la charge entraînéela surcharge. Si la puissance appelée est

plus élevée que la puissance nominale,il y a surintensité dans le moteur etaugmentation des pertes ce qui provoqueune élévation de température,

les démarrages trop longs et tropfréquents. Le démarrage d’un moteurprovoque des surintensités importantes quine sont admissibles que parce qu’elles sontde courte durée. Si les démarrages sont tropfréquents ou s’ils sont trop longs parce quel’écart entre le couple moteur et le couplerésistant n’est pas suffisant, l’échauffementinévitable devient prohibitif.

le blocage. Il s’agit de l’arrêt brusque delarotation pour une cause quelconque liée à lamécanique entraînée. Le moteur absorbe lecourant de démarrage et reste bloqué àvitesse nulle. Il n’y a plus de ventilation etl’échauffement est très rapide.

le désamorçage des pompes : il provoquele fonctionnement à vide du moteur ce quin’a pas de conséquence néfaste directe.Par contre la pompe elle-même se détériorerapidement.

le retour de puissance. Ce défaut survientsuite à une baisse de tension quand unmoteur synchrone entraîné par l'inertiede la charge renvoie de l’énergie surle réseau. En particulier si l’alimentationnormale duréseau déclenche, le moteursynchrone peut maintenir la tensionde façon indésirable et alimenter les autrescharges connectées en parallèle.

Défauts de l’alimentationla baisse de tension. Elle provoque

la diminution du couple moteur et dela vitesse : le ralentissement entraîneuneaugmentation du courant et des pertes.Il y a donc échauffement anormal.

le déséquilibre. L’alimentation triphaséepeut être déséquilibrée parce que :

la source d’énergie (transformateur oualternateur) ne délivre pas une tensiontriphasée symétrique.

l’ensemble des autres consommateursne constitue pas une charge symétrique etle réseau d’alimentation s’en trouvedéséquilibré.

le moteur est alimenté sur 2 phasesà la suite d’une fusion de fusible.Le déséquilibre de l’alimentation provoquel’apparition de composantes inverse quientraîne des pertes très importantes doncun échauffement rapide du rotor.

Défauts internes au moteurle court-circuit entre phases :

il est plus ou moins violent selon la positiondu défaut dans le bobinage et il provoquedes dégâts importants.

le défaut à la masse : l’amplitude ducourant de défaut dépend du régime deneutre du réseau d’alimentation et dela position du défaut dans le bobinage.Le court-circuit entre phases et le défautà la masse entraînent le rebobinagedu moteur, et de plus le défaut à la massepeut provoquer des dégâts irréparablesau circuit magnétique.

la perte de synchronisme.Ce défaut concerne les moteurs synchronesquipeuvent perdre le synchronisme, parperte d’excitation : le moteur fonctionne enasynchrone mais son rotor subit unéchauffement important car il n’est pasdimensionné en conséquence.


protection des moteurs (suite)

SurchargeElle est surveillée :c soit par protection à maximum de courantà temps dépendant,c soit par protection à image thermique.L’image thermique fait intervenirl’échauffement dû au courant,c soit par sonde de température.

Démarrage trop long et blocage rotorLa même fonction assure ces 2 protections.Il s’agit d’un seuil d’intensité instantané régléà une valeur inférieure au courantde démarrage qui est validé après unetemporisation démarrée à la mise soustension du moteur ; cette temporisationest réglée à une valeur supérieure ou égaleà la durée normale du démarrage.

Démarrages trop fréquentsLa protection correspondante est sensibleau nombre de démarrages dansun intervalle de temps donné ouà l’espacement de ces démarragesdans le temps.

Désamorçage des pompesIl est détecté par une protection à minimumde courant à temps indépendant qui estréinitialisée quant le courant s’annule(à l’arrêt du moteur).

Retour de puissanceIl est détecté par une protectiondirectionnelle de puissance active.

Baisse de tensionElle est surveillée par une protectionà minimum de tension temporisée.Les réglages du seuil de tension etde la temporisation sont déterminés pourêtre sélectifs avec les protections de court-circuit du réseau et pour tolérer les chutesde tension normales, par exemple lorsdu démarrage d’un moteur. Cette protectionest souvent commune à plusieurs moteursau niveau d’un tableau.

dispositifs de protectionmoteur

∆I

(fig.1)

∆I

(fig.2)

DéséquilibreLa protection est assurée par une détectionde la composante inverse du courantà temps dépendant ou indépendant.

Court-circuit entre phasesIl est détecté par une protection à maximumde courant temporisée. Le réglage du seuilde courant est supérieur ou égal au courantde démarrage et la temporisation est trèscourte : elle a pour seul but de rendrela protection insensible aux premières crêtesdu courant d’enclenchement.Lorsque l’appareil de coupure correspondantest un contacteur il est associé à desfusibles qui assurent la protection de court-circuit.

Pour les gros moteurs on utilise uneprotection différentielle haute impédance ouà pourcentage (fig.1).Par une adaptation pertinente desraccordements du coté du point neutre etpar l'utilisation de 3 transformateurs decourant sommateurs, une simple protectionà maximum de courant assure une détectionsensible et stable des défauts internes(fig.2).

Défaut à la masseLa protection dépend du régime de neutre.Une grande sensibilité est recherchée pourlimiter les dégâts sur le circuit magnétique.

Perte d'excitation(pour les moteurs synchrones). Elle estdétectée par une protection à maximumde puissance réactive temporisée.


M

I U <

P <––

Q <––

Ii >

I >

IN >

∆I

M

I

U <Ii >

I >

IN >

∆I

M

I U <

Ii >

IN >

I >

exemples de protection

Complément en fonction du type de charge :c démarrage trop long + blocage rotor,c nombre de démarrages,c minimum de courant.

Moteur asynchrone commandépar contacteur ou par disjoncteur

image thermique

déséquilibre

max.de courant

max.de courant terre

minimum de tension


Moteur asynchrone de forte puissance

image thermique

déséquilibre

max.de courant


différentielle

minimum de tension

minimum de tensionimage thermique

déséquilibre

max.de courant


différentielle

retour de puissance active

perte d'excitation

Moteur synchrone de forte puissance



type de défaut réglagessurcharges image thermique

paramètres à adapter aux caractéristiquesde fonctionnement du moteur (constante detemps de l'ordre de 10'),

relais à maximum de courantà temps dépendantréglage permettant le démarrage.

déséquilibre coupure et maxi de composante inverseinversion de phase réglage de 0,3 à 0,4 In,

temporisation de l'ordre de 0,6 s.Dans le cas d'un réseau pouvantfonctionner avec des déséquilibresquasi-permanents, on utilise unecaractéristique à temps dépendant :réglage permettant 0,3 In pendant la duréedu démarrage sans déclenchement.

court-circuits fusiblecalibre > 1,3 In et permettant le démarrage,

maxi de courant à temps indépendantseuil ≥ 1,2 I démarragetemporisation de l'ordre de 0,1 s,

différentielle : seuil de 10 % à 20 % de In.

masse stator neutre mis à la terre par résistanceon choisit le seuil le plus bas compatibleavec le courant capacitif propre au départprotégé,seuil de 10 à 20 % du courant maxide défaut terre,temporisation de l'ordre de 0,1 s.

démarrage trop long seuil de l'ordre de 2,5 In,blocage rotor temporisation 1,1 x temps de démarrage.

baisse de tension seuil de 0,75 à 0,8 Un,temporisation de l'ordre de 1 seconde.

retour de puissance active ordre de grandeur de réglage :seuil 5 % de Pn,temporisation 1s.

perte d'excitation ordre de grandeur de réglage :seuil 30 % de Sn,temporisation 1 s.

protection des moteurs (suite)

indications de réglage


t

Le fonctionnement d’un alternateur peut êtrealtéré aussi bien par des défauts propres àla machine que par desperturbations seproduisant sur le réseau auquel il se trouveconnecté. Un système de protectiond’alternateur a donc un double objectif :protéger lamachine et protéger leréseau.

introduction

protection des alternateurs

Les défauts tels que surcharge,déséquilibre, défauts internes entre phasessont de même type pour les alternateurset pour les moteurs.

Par contre il y a des types de défaut quisontcaractéristiques des alternateurs.

Court-circuit externe entre phasesLorsqu’un court-circuit survient surun réseau proche d’un alternateur,le courant de défaut a l’allure représentésurla figure1.La valeur maximum du courant de court-circuit doit être calculée en prenanten compte l’impédance subtransitoire X"dde la machine.La valeur de courant détectée paruneprotection très faiblement temporisée(environ 100 ms) doit être calculéeen prenant en compte l’impédancetransitoire X’d de la machine.La valeur du courant de court-circuiten régime permanent doit être calculéeen prenant en compte l’impédancesynchrone X.Ce dernier courant est faible, en généralinférieur au courant nominal de l’alternateur.L’intervention des régulateurs de tensionpermet quelquefois de le maintenir au delàdu courant nominal.

Défaut interne entre phase et masseCe défaut est du même type que pourlesmoteurs et ses conséquences dépendentdu régime de neutre adopté. Mais uneparticularité par rapport au moteur est le faitque l’alternateur fonctionne découplé duréseau pendant les périodes de démarrageet d’arrêt, et aussi lors defonctionnementsen essais ou en stand-by. Le régime deneutre peut être différent selon quel’alternateur est couplé ou découplé et lesdispositifs de protection doivent être adaptésaux 2 cas de figure.

types de défauts Perte d’excitationLa perte d’excitation d’un alternateurpréalablement couplé au réseau provoquesa désynchronisation de ce réseau.Ilfonctionne alors en asynchrone, en légèresurvitesse, et absorbe de la puissanceréactive. Les conséquences sont unéchauffement du stator car le courant réactifpeut être élevé et un échauffement du rotorcar il n’est pas dimensionné pour lescourants induits.

Marche en moteurLorsque l’alternateur est entraîné comme unmoteur par le réseau électrique auquel ilestraccordé, il fournit de l’énergie mécaniquesur l’arbre, cela peut provoquer de l’usure etdes dégâts à la machine d’entraînement.

Variations de tension et de fréquenceLes variations de tension et de fréquence enrégime établi sont dues au mauvaisfonctionnement des régulateurscorrespondants et elles provoquent lesinconvénients suivants :

une fréquence trop élevée provoqueun échauffement anormal des moteurs,

une fréquence trop faible provoqueuneperte de puissance des moteurs,

une variation de fréquence provoqueunevariation de vitesse des moteursquipeut entraîner des dégradationsmécaniques,

une tension trop élevée contraint l’isolationde tous les éléments du réseau,

une tension trop faible provoque une pertede couple et une augmentation de courantet de l’échauffement des moteurs.

fig.1

courant phénomènes subtransitoires permanentstransitoires


protection des alternateurs (suite)

dispositifs de protection

U

Un0,3 Un

0,3 Ir

Ir

Ir : courant de réglage

(fig.2)

SurchargeLes dispositifs de protection de surchargede l’alternateur sont les mêmes que ceuxdes moteurs :c maximum de courant à temps dépendant,c image thermique,c sonde de température.

DéséquilibreLa protection est assurée comme pourles moteurs par une détectionde la composante inverse du courantà temps dépendant ou indépendant.

Court-circuit externe entre phasesLa valeur du courant de court-circuit étantdécroissante dans le temps et de l’ordredu courant nominal sinon plus faibleen régime permanent, une simple détectionde courant peut être insuffisante.Ce type de défaut est détecté efficacementpar une protection à maximum de courantà retenue de tension dont le seuil augmenteavec la tension (fig.2).Le fonctionnement est temporisé.

Court-circuit interne entre phasesc la protection différentielle hauteimpédance ou à pourcentage apporteune solution sensible et rapide.

c dans certains cas et en particulier pourun alternateur de faible puissance parrapport au réseau auquel il est raccordé,la protection contre le court-circuit interneentre phases peut être réaliséede la manière suivante (fig.3) :

v une protection à maximum de courantinstantanée (A), validée lorsquele disjoncteur d’alternateur est ouvert,les capteurs de courant étant situés du côtédu point neutre, avec un réglage inférieur aucourant nominal,

v une protection à maximum de courantinstantanée (B), les capteurs de courantétant situés du côté du disjoncteur, avecun réglage supérieur au courant de court-circuit de l’alternateur.

Défaut à la masse du statorc si le neutre est à la terre au point neutrede l’alternateur on utilise une protection àmaximum de courant terre ou une protectionde terre restreinte.

c si le neutre est à la terre dans le réseauet non au point neutre de l’alternateur,le défaut à la masse est détecté :v par une protection à maximum de courantterre au niveau du disjoncteur d’alternateurquand celui-ci est couplé au réseau,v par un dispositif de surveillanced’isolement pour régime de neutre isoléquand l’alternateur est découplé du réseau.

c si le neutre est isolé, la protection contreles défauts à la masse est assurée parun dispositif de surveillance d’isolement ;ce dispositif fonctionne soit par détectionde la tension résiduelle soit par injection decourant continu entre neutre et terre.Si ce dispositif existe au niveau du réseau,il surveille l’alternateur quand celui-ciest couplé, mais un dispositif propreà l’alternateur et validé par la positionouverte du disjoncteur est nécessaire poursurveiller l’isolement quand l’alternateurest découplé.

Défaut à la masse du rotorLorsque le circuit d’excitation est accessible,le défaut à la masse est surveillé par uncontrôleur permanent d’isolement(Vigilohm).

Perte d’excitationCe défaut est détecté soit par une mesurede la puissance réactive absorbée, soitpar une surveillance du circuit d’excitations’il est accessible, soit par une mesured’impédance aux bornes de l’alternateur.

Marche en moteurElle est détectée par un relais de retour depuissance active absorbée par l’alternateur.

Variation de tension et de fréquenceElle est surveillée par une protectionà maximum et à minimum de tensiond’une part et par une protection à maximumet à minimum de fréquence d’autre part.Ces protections sont temporisées car lesphénomènes ne nécessitent pas une actioninstantanée et parce qu’il faut laisser auxprotections du réseau et aux régulateursde tension et de vitesse le temps de réagir.

A

I >

(A)

(B)

I >

(fig.3)

seuil de déclenchement

alternateur couplé avec d'autres sources


∆I

IN >

I

Ii >

>IU

P <––

Q <––

> U >

> f >

G

IN >

I

Ii >

>IUG

exemples d'application Alternateur de petite puissance, non couplé

max. de courant terre

Alternateurs de moyenne puissance

différentielle

max. et mini. de fréquence

max. et mini. de tension

retour de puissance réactive


max. de courant à retenue de tension

max. de composante inverse

image thermique



image thermique

max. de courant à retenuede tension


G

Ii >

P <––

> U >

> f >

∆I Q <––

UN >

IN >

>IU

protection des alternateurs (suite)

exemples d'application(suite)

Alternateur de moyenne puissance(neutre mis à la terre dans le réseau)

image thermique



directionnelle de puissance active

perte d'excitation

max. de tension résiduelle




différentielle

I

Ii >

>IU

P <––

Q <––

> U >

> f >

G

UN >

IN

I <––




perte d'excitation


max. de tension résiduelle


directionnelle de courant


Groupe bloc de moyenne puissance

image thermique


indications de réglage type de défaut réglagessurcharge image thermique,

à adapter aux caractéristiques nominales(constantes de temps de l'ordre de I0').

déséquilibre maximum de composante inverseà adapter aux caractéristiques (en l’absenced’information seuil 15 % In, temps dépendant).

court-circuit externe maximum de courant à retenue de tensionseuil 1,2 à 2 In,temporisation en fonction de la sélectivité.

court-circuit interne différentielle haute impédanceseuil de l’ordre de 10 % In.

défaut à la masse neutre à la terre dans le réseaumaximum de courant terreseuil 10 % à 20 % du courant maximumde défaut terre,temporisation : instantanée ou 0,1 s.

neutre à la terre au point neutre de l’alternateurmaximum de courant terre,seuil de l’ordre de 10 % In,temporisation en fonction de la sélectivité.

neutre isolémaximum de tension résiduelleseuil de l'ordre de 30 % Un.

perte d’excitation retour de puissance réactiveseuil 30 % de Sn,temporisation quelques secondes.

marche en moteur directionnelle de puissance activeseuil 1 à 20 % Pn,temporisation ≥ 1 s.

variation de tension maximum et minimum de tension0,8 Un < U < 1,1 Un,temporisation : de l’ordre de la seconde.

variation de vitesse maximum et minimum de fréquence0,95 fn < f < 1,05 fn,temporisation : quelques secondes.


introduction Les batteries de condensateurs sontutilisées pour compenser l’énergie réactiveabsorbée par les charges du réseau etparfois pour réaliser des filtres destinés àdiminuer les tensions harmoniques.Elles ont donc pour rôle d’améliorer laqualité du réseau électrique.Elles peuvent être connectées en étoile, entriangle ou en double étoile selon le niveaude tension et la puissance installée.

Un condensateur se présente sous la formed’un boîtier surmonté de bornes isolantes. Ilest composé de capacités unitaires dont latension maximale admissible est limitée (parexemple 2250 V) qui sont associées pargroupes, en série pour obtenir la tenue entension nécessaire et en parallèle pourobtenir la puissance voulue.Il existe 2 types de condensateurs :

sans protection interne,avec protection interne : un fusible est

associé à chaque capacité unitaire.

protection des condensateurs

type de défauts Les principaux défauts qui peuvent affecterune batterie de condensateurs sont :

la surcharge, le court-circuit, le défaut à la masse, le court-circuit d’un élément de

condensateur.

La surcharge est due à une surintensitétemporaire ou à une surintensitépermanente :

surintensité permanente liée à une élévation de la tension d’alimentation, la circulation d’un courant harmonique due

à la présence de charges non linéaires tellesque convertisseurs statiques (redresseurs,variateurs de vitesse), fours à arc ...,

surintensité temporaire liée à une misesous-tension de gradin d’une batterie.La surcharge se traduit par un échauffementpréjudiciable à la tenue du diélectrique, etconduit à un vieillissement prématuré ducondensateur.

Le court-circuit est un défaut interne ouexterne entre conducteurs actifs, soit entrephases, soit entre phase et neutre selon queles condensateurs sont connectés entriangle ou en étoile. L’apparition de gazdans l’enceinte étanche du condensateurcrée une surpression qui peut conduire àl’ouverture du boîtier et à la fuite dudiélectrique.

Le défaut à la masse est un défaut interneentre un élément actif du condensateur et lamasse constituée par l’enceinte métalliquequi est mise à la terre (pour assurer laprotection des personnes).L’amplitude du courant de défaut dépend durégime de neutre du réseau et du type deconnexion (en étoile ou en triangle).Comme pour le court-circuit interne,l’apparition de gaz dans l’enceinte étanchedu condensateur créent une surpression quipeut conduire à l’ouverture du boîtier et à lafuite du diélectrique.

Le court-circuit d’un élémentde condensateur est due au claquaged’une capacité unitaire.

sans protection interne, les capacitésunitaires câblées en parallèle sont doncshuntées par l’unité en défaut :

l’impédance du condensateur est modifiée la tension appliquée se répartit sur un

groupe de moins en série chaque groupe est alors soumis à une

contrainte plus élevée ce qui peut entraînerd’autres claquages en cascade jusqu’aucourt-circuit total (voir fig. 1).

avec protection interne, la fusion du fusibleinterne associé élimine la capacité unitaireen défaut :

le condensateur reste sain, son impédance est modifiée en

conséquence.

Vn-1

Vn-1

V

groupe n

groupe 3

groupe 2

groupe 1

(fig.1)


dispositifsde protection

Les condensateurs ne doivent être mis soustension que lorsqu’ils sont déchargés .La remise sous tension doit donc êtretemporisée pour éviter des surtensionstransitoires. Une temporisation de10 minutes permet une décharge naturellesuffisante. L’utilisation de selfs de déchargerapide permet de réduire ce temps.

Surcharge Les surintensités de longue durée dues à

une élévation de la tension d’alimentationsont évitées par une protection à maximumde tension qui surveille la tension du réseau.Cette protection peut être affectée aucondensateur lui-même mais plusgénéralement c’est une protection globaledu réseau. Sachant que le condensateurpeut admettre généralement une tension de110% de sa tension nominale pendant12 heures par jour, cette protection n’estpas toujours nécessaire.

Les surintensités de longue durée dues àla circulation de courants harmoniques sontdétectées par une protection de surcharge

soit de type à image thermique soit de type à maximum de courant

temporisée,pourvu qu’elle tienne compte desfréquences des harmoniques concernés.

Les surintensités de courte durée dues àune mise sous tension de gradin sontlimitées en amplitude par l’installation deselfs de choc en série avec chaque gradin.

Court-circuitLe court-circuit est détecté par uneprotection à maximum de couranttemporisée. Les réglages de courant et detemporisation permettent de fonctionner aucourant maximum de charge admissible etd’effectuer les enclenchements et lesmanœuvres de gradins.

Défaut à la masseLa protection dépend du régime de neutre.Si le neutre est mis à la terre, une protectionà maximum de courant terre temporisée estutilisée.

Court-circuit d’un élémentde condensateurLa détection est basée sur la modificationd’impédance créée

par le court-circuit de l’élément pour uncondensateur sans protection interne

par l’élimination de la capacité unitaire endéfaut pour un condensateur avec fusiblesinternes.Lorsque la batterie de condensateurs estconnectée en double étoile la dissymétriedue à la modification d’impédance dansl’une des étoiles provoque la circulation d’uncourant dans la liaison entre les pointsneutres. Ce déséquilibre est détecté par uneprotection à maximum de courant sensible.

protection des condensateurs (suite)


exemples de protectionde batterie de condensateurs

Condensateur de compensation en double étoile

Filtre

IN

I >

U >

I >

I >

IN >

I


max. de courant

max. de courant

max. de tension

image thermique

max. de courant



indications de réglage

protection des condensateurs (suite)

type de défaut réglagessurcharge maximum de tension

réglage ≤ 110 % Vnimage thermique

réglage ≤ 1,3 Inou maximum de courantréglage ≤ 1,3 Intemps dépendantou indépendant temporisation 10 s.

court-circuit maximum de courantseuil de l'ordre de 10 Intemps indépendanttemporisation de l'ordre de 0,1 s.

défaut à la masse maximum de courant terreseuil ≤ 20 % courant maximum de défaut terreet ≥ 10 % calibre des TC si alimenté par 3 TCtemps indépendanttemporisation de l’ordre de 0,1 s.

court-circuit d'un élément maximum de courantde condensateur seuil < 1 ampère

temps indépendanttemporisation de l'ordre de 1 s.


introduction Les dispositifs de protection ou de mesurenécessitent de recevoir des informationssurles grandeurs électriques des matérielsà protéger.

Pour des raisons techniques, économiques,et de sécurité, ces informations ne peuventpas être obtenues directement surl’alimentation haute tension des matériels,il est nécessaire d’utiliser des dispositifintermédiaires :

transformateurs detension (TP),transformateurs de courant (TC),capteurs tore pour la mesure des courants

terre.

capteurs

Ces dispositifs remplissent les fonctionssuivantes :

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

découplage galvanique,fourniture de l’énergie nécessaire

au traitement de l’information, voireau fonctionnement de la protection.

transformateursde courant (TC)

P1

P2

S1

S2

I2

I1

Les TC sont caractérisés par les grandeurssuivantes (d’après les normes CEI 185et NFC42 - 502 )*.

Tension du TCC’est la tension de service à laquellele primaire du TC est soumis.Rappelons que le primaire est au potentielde laMT et le secondaire a trèsgénéralement unede ses bornes à la terre.

Comme pour tout matériel, on définitégalement :

une tension maximum de tenue 1mnà fréquence industrielle,

une tension maximum de tenue à l’ondede choc.

ex : en 24 kV de tension nominale, le TCdoit supporter une tension de 50 kV pendant1 mn à 50 Hz et une tension de 125kV àl'onde de choc.

Le rapport nominal de transformationIl est donné sous la forme du rapportdescourants primaires et secondaires I1/I2.Le courant secondaire est généralement5 A ou 1A.

PrécisionElle est définie par l'erreur composée pourle courant limite de précision.ex : 5P10 signifie 5 % d'erreur pour 10In et10P15 signifie 10 % d'erreur pour 15In.

5P et 10P sont les classes de précisionnormalisées,5 In, 10 In, 15 In, 20 In sont les courantslimites de précision normalisés.

Le facteur limite de précisionest le rapport entre le courant limitede précision et le courant nominal.La classe X correspond à une autre façonde spécifier les caractéristiques d'un TCà partir de sa “tension de coude”(fig.1 § réponse d'un TC en régime saturé).

Puissance de précisionPuissance secondaire au courant nominalpour laquelle la précision est garantie.Exprimée en VA, elle indique la puissanceque le secondaire peut délivrer pour soncourant nominal en respectant la classede précision nominale.Elle représente la consommation totaledu circuit secondaire, c’est à direla puissance consommée par touslesappareils connectés ainsi que les filsde liaisons.

Si un TC est chargé à une puissanceinférieure à sa puissance de précision,sa précision réelle est supérieureà la précision nominale, réciproquementun TC trop chargé perd en précision.

Courant de courte durée admissibleExprimé en kA efficace, le courant (I

th)

maximum admissible pendant 1 seconde(le secondaire étant en court-circuit)représente la tenue thermique du TCauxsurintensités. Le TC doit supporterle courant de court-circuit pendant le tempsnécessaire à son élimination. Si le tempsd'élimination t est différent de 1 s, le courantque le TC peut supporter est I

th /Vt.

La tenue électrodynamique exprimée enkAcrête est au moins égale à 2,5 x I

th.

Valeurs normales des courants nominaux:au primaire (en A)

10 - 12,5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 -50 - 60 - 75 et leurs multiples ousousmultiples décimaux.

* Sont également à prendre en compte les éléments liésautype de montage, aux caractéristiques du site

(ex : température…), fréquence du réseau etc…


réponse d’un TCen régime saturé

+10%

+50%

Im

V

(fig.1)

P1

P2

S1

V

S2

Im

Soumis à un courant primaire très importantle TC se sature. C’est à dire que le courantsecondaire, n’est plus proportionnelau courant primaire.En effet l'erreur de courant qui correspondau courant de magnétisation devienttrès importante.

Tension de coude (fig.1)C’est le point de la courbe de magnétisationd'un transformateur de courant pour lequelune augmentation de 10 % de la tension Vnécessite une augmentation de 50 %du courant de magnétisation Im.

conclusion sur les TCdébitant sur un dispositifde protection typemaximum d’intensité

Pour les protections à maximum de courantà temps indépendant (constant),si la saturation n'est pas atteinte pour 2 foisla valeur du courant de réglage,le fonctionnement est assuré quelle que soitl'intensité du défaut.Pour les protections à maximum de courantà temps dépendant (inverse) la saturationne doit pas être atteinte pour des valeursde courant correspondant à la partie utilede la courbe de fonctionnement(au maximum 20 fois le courant de réglage).

capteurs spécifiquesà “large bande”

Ces capteurs, le plus souvent sans circuitmagnétiques offrent l’avantage de neprésenter aucune saturation ; associésà un dispositif électronique ils ontune réponse linéaire.

Ces capteurs sont utilisés et fournis avecles unités de protection à technologienumérique ; leur détermination ne nécessiteque la connaissance du courant nominalprimaire.

tensionde coude

capteurs (suite)


capteurs pour protectionterre

La détection du courant de défaut à la terrepeut être obtenue de plusieurs façon.

Montage d’un TC sur le point neutre:

Montage sommateur à 3 TC (fig.3)Ce montage n’est utilisé qu’en casd’impossibilité de mise en placedes capteurs tores.Du fait de l’erreur de sommation des TCle seuil de courant résiduel minimal est del’ordre de 10 % de In.

N

IN

>

(fig.1)

Mesure différentielle par TC tore :

N

I1

I2

I3

IN

>

(fig.2)

(fig.3)

capteurs pour protectiondifférentielle

Les TC sont à spécifier en fonctiondu principe de fonctionnementde la protection, il faut se référer à la noticetechnique de la protection concernée.

P1 P2 P2 P1

protectionterre

protection différentielle

zone protégée


Les transformateurs de tension sontcaractérisés par les grandeurs suivantes(publication CEI 186) et NFC 42-501) (1)

fréquence du réseauen général 50 ou 60 Hz,

tension primaire la plus élevée du réseau(la tension secondaire est normalisée100, 100/V3, 110, 110/V3 Volts),

le facteur de tension assigné,la puissance en VA et la classe de

précision.

Montage à 3 transformateurs(nécessite 1borne haute tensionisolée par transformateur)

transformateurs de tension Montage à 2 transformateurs (dit en V)(nécessite 2 bornes haute tension isoléespar transformateur)

rapport de transformation :

En régime de neutre isolétous les TP phase neutre doivent êtrechargés convenablement pour éviterlesrisques de ferrorésonance.

(1) sont également à prendre en compte les éléments liésau type de montage, aux caractéristiques du site(ex : température…) etc…

Un

100

Un/

100/

rapport de transformation :

capteurs (suite)


notes

Schneider Electric SA adresse postaleCentre Merlin GerinF - 38050 Grenoble cedex 9tél : 76 57 60 60télex : merge 320 842 F

CG0021/1

En raison de l'évolution des normes et du matériel,les caractéristiques indiquées par le texte et les imagesde ce document ne nous engagent qu'après confirmationpar nos services.

ce document a été imprimé sur du papierécologique.

Publication : Schneider Electric SA - 01/1996Réalisation : IdraImpression :

guide de la protection Merlin Gerin - Schneider...

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