Protection Des Réseaux Par Selectivite Logique

8/19/2019 Protection Des Réseaux Par Selectivite Logique

1/10Cahier Technique Merlin Gerin n°2 / p.11

cahier technique 2

protection des réseaux par

le Système de Sélectivité LogiqueF. Sautriau

la maîtrise de l'énergie électrique

MERLIN GERINService information38050 Grenoble cedexFrancetél. 76.57.60.60

CT 2novembre 90

François Sautriau,Diplomé ingénieur E.S.E. en 1968.Après avoir effectué des études deréseaux et de protections, il a été res-

ponsable de bureau d’étude de réali-sation d’ensembles industriels, puisresponsable de service technique pourla réalisation d’équipements destinésà la marine.Aujourd’hui, il est conseiller au ser-vice marketing du département Pro-tection et Contrôle - Commande.



sommaire1. les procédés classiques La sélectivité ampèremétrique p. 2

La sélectivité chronométrique p. 2

2. la sélectivité logique Principe du Système de SélectivitéLogique p. 3

Application de la sélectivité logique

à la gamme Vigirack p. 4Application de la sélectivité logiqueau Sepam p. 5

Mise en œuvrede la sélectivité logique p. 6

Quelques schémas d'applicationde la sélectivité logique p. 7

3. avantages de la sélectivité logique

4. bibliographie

protection des réseaux parle Système de Sélectivité Logique

F. Sautriau

Un défaut se produisant en un point quel-conque d’un réseau de distribution nedoit, en aucune façon, priver de courantélectrique l’ensemble de l’installation. Il

résulte de cette évidence, la nécessitéd’isoler rapidement la partie en défautsans priver d’énergie les autres utilisa-teurs ; c’est le principe même de la sélec-tivité des déclenchements.L’élément de protection (disjoncteur oufusibles) qui est placé immédiatement enamont de la partie de circuit où se produitle défaut doit, et lui seul, fonctionner, lesautres protections ne devant pas déclen-cher. Les procédés classiques de sélec-tivité (ampèremétrique et chronométri-que) permettent de répondre à cette exi-gence plus ou moins parfaitement.Le Système de Sélectivité Logique (bre-

vet Merlin Gerin), permet d’obtenir unesélectivité totale entre tous les étagesd’un réseau de distribution électrique,industrielle ou tertiaire, ceci, de la hautetension à la basse tension. Par ailleurs ilpermet l’élimination du défaut en un tempstrès réduit et indépendant de l’endroit oùs’est produit l’incident.

de sélectivité et leurs limites


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fig. 2 : principe de la sélectivité chronométrique.

Idéfaut

seuil

D2

D1

td

td T1

T2

tr

D2

D1

1

22

tcD1

temps

la sélectivitéchronométrique

Elle consiste à retarder le fonctionne-ment de la protection amont pour que laprotection aval ait le temps d’isoler ledépart en défaut.

L’écart de temporisation entre deux pro-tections successives correspond autemps de coupure du disjoncteur avalaugmenté du temps de désexcitation dela protection amont, (cf. fig. 2).

Aussi, la sélectivité totale ne peut-elleêtre obtenue qu’en retardant les protec-tions par des temporisations d’autant pluslongues que les appareils sont situésplus près de la source d'énergie.Dans l’exemple de la figure 3 lesdisjoncteurs D1 ne sont pas retardés,

les disjoncteurs D2 sont retardés de 0,3 s,D3 de 0,6 s, et les disjoncteurs D4 de0,9 s.Une conséquence néfaste de ces retardséchelonnés est le retard très importantapporté à l’ouverture du circuit pour undéfaut situé en amont de l’installation,dans l’exemple précédent : 0,9 s au ni-veau A. Au niveau de la source ce retarddevient excessif et a plusieurs inconvé-nients : il est souvent incompatible avec les

impératifs du distributeur d’énergie quidemande une temporisation plus courteau niveau du disjoncteur de livraison; il impose un surdimensionnement ther-mique des câbles et des tableaux; il accroît considérablement les des-tructions dues à l’arc du défaut.

1. les procédés classiques de sélectivité et leurs limites

la sélectivitéampèremétrique

Elle met en oeuvre des appareillages deprotection instantanés (disjoncteurs rapi-des ou fusibles).Elle est basée sur le fait que l’intensité decourt-circuit est d’autant plus élevée quele défaut est proche de la source, d’où parprincipe Ir

D2 > Ir

D1. En conséquence, elle

est surtout utilisée en basse tension oùles impédances de liaison ne sont pas

négligeables.Sur le schéma de la figure 1, en désignantpar Ir les valeurs de réglage du déclen-chement instantané et par Icc

A la valeur

maximale du courant de court-circuit pou-vant s’établir au point A et sachant qu’iln’y a déclenchement que lorsque I

défaut >

Ir : si Ir

D2 > Icc

A> Ir

D1, la sélectivité est

totale; si Icc

A > Ir

D2 , il n’y a pas sélectivité

ampèremétrique totale, la sélectivité estdite partielle car le fonctionnement nesera sélectif que si Idéfaut < Ir

D2;

sélectivité assurée si

IrD1

< courant de défaut < IrD2,

sélectivité non assurée si

IrD2

< courant de défaut < IccA,

td1 , td2 , = temps de prise en compte des protectionsN° 1 et N° 2,

T1, T

2 = temporisation (retard) des protections N° 1

et N° 2,

tcD1

= temps de coupure du disjoncteur D1,

tr2 = temps de retombée (désexcitation) de la

protection N° 2,

sélectivité chronométrique ⇒ T2 - tr2 ≥ T1 + tc

D1

écart de temporisation ⇒ T2 - T1 ≥ tcD1

+ tr2

fig. 1 : exemple de sélectivitéampèremétrique partielle.

D2

D1

A

Ir IccdéfautD2D1 A

Ir I

fig. 3 : distribution en antenne avec utilisationde la sélectivité chronométrique.

D1

D4 : 09s

D3 : 06s

D2 : 03s

: 0s

A



2. la sélectivité logique

Les sélectivités ampèremétriques et chro-nométriques ont, comme nous venonsde le voir, leurs faiblesses.

Les électriciens ont appris à s’en accom-moder... souvent au détriment de la sé-lectivité elle-même.

Le Système de Sélectivité Logique a étédéveloppé dans le but de remédier à cesinconvénients ; il permet d’obtenir unesélectivité au déclenchement parfaite, etpar ailleurs, de réduire considérablementle retard au déclenchement des disjonc-teurs situés les plus près de la source.

principe du Système deSélectivité LogiqueLorsqu’un défaut se produit dans un ré-seau en antenne, le courant de défautparcourt le circuit situé entre la source etle point de défaut :

les protections en amont du défaut sontsollicitées;

les protections en aval du défaut nesont pas sollicitées;

seule la première protection en amontdu défaut doit agir.

A chaque disjoncteur est associée uneprotection apte à émettre et recevoir unordre d’attente logique. Lorsqu’une pro-tection est sollicitée par un courant dedéfaut :

elle émet un ordre d’attente logique;

elle provoque le déclenchement du disjoncteur associé.La figure 4 décrit de façon simplifiée unedistribution en antenne (un seul disjonc-teur est représenté par tableau).

Fonctionnement lorsqu’un défautapparait au point A de la figure 4

les protections N°1, N°2, N°3...N°n sontsollicitées;

la protection N°1 émet un ordre d’at-tente logique vers l’amont et un ordre dedéclenchement au disjoncteur D1;

les protections N°2, N°3...N°n émettentun ordre d’attente logique de l’aval versl’amont, et reçoivent un ordre d’attentelogique qui les empêchent de donnerl’ordre de déclenchement aux disjonc-teurs D2, D3... Dn associés (le raisonne-

ment s’interrompt lorsque la protectionN°n a un réglage tel que le courant de

Remarque :La fonction “attente logique” correspondà une augmentation de la temporisationpropre à la protection amont. Par soucide sécurité, la durée de l’attente logiqueest limitée, ce qui permet à la protectionamont de fonctionner en secours de laprotection aval défaillante.Le Système de Sélectivité Logique s’ap-plique aux protections : de technologie statique analogique dela gamme Vigirack,

de technologie numérique à micropro-cesseur, Sepam.

défaut n’atteint pas son seuil de fonction-nement Ir)Le disjoncteur D1 élimine le défaut A aubout du temps :T

D1 = T1

1 + t

1 ,

avec :T1

1 : temporisation (retard) de la protec-

tion N°1,tc

D1 = temps de coupure du disjoncteur

D1.

Fonctionnement lorsqu’un défautapparait au point B de la figure 4 la protection N°1 n’est pas sollicitée; les protections N°2, N°3... N°n sontsollicitées et émettent un ordre d’attentelogique vers l’amont; seule la protection N°2 ne reçoit pasd’ordre d’attente logique et émet un ordrede déclenchement.Le disjoncteur D2 élimine le défaut B aubout du temps :T

D2 = T1

2 + t

2 .

avec :T1

2 : temporisation de la protection N°2,

tcD2

: temps de coupure du disjoncteurD2.

Le même raisonnement peut être appli-qué à l’un quelconque des disjoncteursconstituant le réseau de distribution.

Les temporisations T11

, T12 , T1

n des

protections N°1, N°2...N°n n’interviennentpas dans la sélectivité et ne sont prévuesque pour la fonction de protection : lesréglages peuvent être aussi courts que lepermettent la protection et les transitoi-res de mise sous tension (moteurs, trans-formateurs).

Avec le Système de Sélectivité Logiquele temps d’élimination des défautspeut être très réduit et est indépendant

du nombre d’étages. Ainsi, il est pos-sible d’obtenir la sélectivité entre uneprotection instantanée amont et une pro-tection temporisée aval, par exemple deprévoir une temporisation plus réduite àla source que près des récepteurs.

fig. 4 : distribution en antenne avecutilisation de la sélectivité logique.

ProtectionN°4

ProtectionN°3

ProtectionN°2

ProtectionN°1

Dn

D3

A

tc

c i r c u i t d ' a t t e n t e

l o g i q u e

c i r c u i t d ' a t t e n t e

l o g i q u

e

Dn

tcD3

dispositif dedéclenchement

D2

D1

B

tcD2

tcD1



application de la sélectivitélogique à la gamme VigirackLa gamme Vigirack est constituée de

paniers ou racks recevant des cartesélectroniques embrochables correspon-dant aux fonctions de protection des ré-seaux et de récepteurs électriques (cf.fig. 5).Pour obtenir les avantages de la sélec-tivité logique, il suffit : d’implanter la carte Vigirack logiquedans le panier contenant les cartes Vigi-rack de protection de surintensité; de réaliser le câblage des circuits d’at-tente logique entre les paniers de protec-tion des disjoncteurs du tableau et entreles tableaux.

Fonctionnement (cf. fig.6 et 7)Le dépassement de seuil de l’une descartes de protection de surintensité d’unpanier provoque : l’émission instantanée d’un ordre d’at-tente logique de durée limitée T2, l’interruption de l’ordre d’attente logi-que après le déclenchement du disjonc-teur associé aux cartes de protection,c’est à dire après T1 + T3.La réception par une carte de SélectivitéLogique d’un ordre d’attente logique re-tarde le démarrage de la temporisationdes fonctions de protection (ampèremé-trique et/ou homopolaire) qui lui sont as-

sociées.

fig. 5 : Vigirack avec carte logique .

fig. 6 : synoptique de la carte de sélectivité logique Vigirack.

tc

Surintensité Sélectivité logique

ordre d'attente logiqueadressé au relais amont

ordre d'attente logiquevenant d'un relais aval

T

seuils

1

2

3

T

T

ET

fig. 7 : représentation graphique de l'intervention des diverses "temporisation".

durée de l'émission de l'ordred'attente logique

retard au déclenchement

durée d'élimination du défaut

durée effective de l'attentelogique imposée au relais amont

apparition du défaut

temps

∆

ε

T 1

2T

T 1

T 1 T 3

tc

T



application de la sélectivitélogique au Sepam

Sepam est une unité programmable qui

assure les fonctions mesure, protection,automatisme et communication pour lecontrôle commande des réseaux électri-ques (cf. fig. 8).Il comporte une cartouche mémoireembrochable contenant les paramètresdes protections et le programme des auto-matismes.Pour obtenir les avantages de la sélec-tivité logique, il suffit : de programmer les instructions logi-ques dans l’automatisme du Sepam (cf.fig. 9), de réaliser le câblage des circuits d’at-

tente logique entre les Sepam des disjoncteurs du tableau et entre les tableaux.

Fonctionnement (cf. fig. 9)La sollicitation d’une protection de surin-tensité d’un Sepam provoque : l’émission instantanée d’un ordre d’at-tente logique, l’interruption de l’ordre d’attente logi-que après le déclenchement du disjonc-teur associé au Sepam.La réception par un Sepam d’un ordred’attente logique provoque pendant unepériode de temps limité, un retard au

déclenchement par les fonctions de sur-intensité du Sepam.

K94

fig. 9 : sous programme de sélectivité logique du Sepam.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

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23

24

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26

27

28

29

30

31

32

T O

T O

SOUS PROGRAMME DE SELECTIVITE LOGIQUE

RECEPTION ATTENTE LOGIQUE

DUREE MAX. DE L'ORDRE D'ATTENTE LOGIQUE

PROTECTIONS INSTANTANEES

ETC...

DECLENCHEMENT PAR PROTECTIONS TEMPORISEES

MAINTIEN DE L'EMISSION D'ATTENTE LOGIQUE

1,2s TEMPS DE FONCTIONNEMENT DU DISJONCTEUR

RECEPTION ATTENTE LOGIQUE. K95 AJOUTE UN TEMPS DE

CYCLE A LA RECEPTION ATTENTE LOGIQUE K96 APRES

DISPARITION DU DEFAUT

EMISSION ATTENTE LOGIQUE

K96

T16

K94

01

K95

T15

18

01

F12

F32

K96 K95

T16

F31

F11

K96

18

T15

ETC...

06

fig. 8 : Sepam , unité programmable de protection et de controle commande .



Fig. 10

mise en œuvre de lasélectivité logique

Principe du câblage des circuits d’at-

tente logique (cf. fig. 10)

Détermination des réglages des tem-porisations de protectionLa temporisation T1

de chaque protection

est déterminée pour s’affranchir des su-rintensités normales ou inévitables (misesous tension de transformateurs, démar-rage de moteur) et pour éliminer les dé-fauts le plus rapidement possible. Le soucide sélectivité (chronométrique) n’inter-vient pas dans le choix de la temporisa-tion par exemple une protection de court-circuit instantanée peut être utilisée pour

un tableau dont les départs vers les ré-cepteurs comportent des protections decourt-circuit qui sont temporisées . de sélectivité logiqueElle comporte 2 temporisations : T2 correspond à la durée maximale del’attente logique, quoiqu’il arrive; T2 doitêtre réglée une valeur égale à 2 fois leplus long temps d’élimination de défauten aval; T3 correspond au temps pendant lequelil faut maintenir l’attente logique après lefonctionnement de la protection, T3 doitêtre réglée à une valeur légèrement su-périeure au temps de fonctionnement de

l’organe de coupure (disjoncteur ou con-tacteur) associé à la protection.

Remarque :La limitation de la durée maximum T2 del’attente logique est réalisée par la protection qui émet l’ordre d’at-tente dans la solution Vigirack, par la protection qui reçoit l’ordre d’at-tente dans la solution Sepam.

Emploi du système de sélectivité logi-que (cf. fig. 11)La sélectivité logique peut être mise enoeuvre : pour les protections de court-circuit etde défaut homopolaire, sur toute l’étendue d’un réseau, depuisla haute tension jusqu’aux départs princi-paux basse tension, sur un élément de réseau seulement,par exemple dans un tableau, la sélecti-vité étant partie intégrante de l’équipe-ment construit et essayé en usine.En fonction des besoins de l’utilisateuret des circonstances de la réalisationd’unréseau électrique, l’utilisation de lasélectivité logique peut être : ponctuelle dans un poste, progressive en s’étendant d’un poste à

globale si elle est prévue dès la concep-tion du réseau.

un autre à l’occasion des campagnes detravaux d’entretien du réseau,

fig. 10 : principe du câblage des circuits d'attente logique.

entrée d'attente logique

sortiesd'attentelogique

entréed'attentelogique

sortiesd'attentelogique

fig. 11 : exemple de réglage des temporisations des protections en utilisantla sélectivité logique dans un tableau.

circuitd'attentelogique

0,1s

0,6s

0,3s

0,6s 0,6s

0,1s

0,6s



quelques schémasd’application de lasélectivité logique

Le principe a été exposé en l’appliquantaux réseaux en antenne, mais d’autresschémas peuvent bénéficier de la sélec-tivité logique : câbles en parallèle et dis-tribution en boucle.

Câbles en parallèleLe schéma de la figure 12 représente 2postes reliés par 2 câbles en parallèle.Si un court-circuit se produit au point A, ilfaut que les disjoncteurs D2 et D4 et euxseuls s’ouvrent, afin d’isoler le câble endéfaut et de continuer à alimenter le poste.Pour cela, les ordres d’attente logiqueéchangés par les protections sont orien-

tés à l’aide de relais directionnels.L’examen du schéma montre que lesprotections associées aux disjoncteursD0 à D4 “voient” toutes le défaut : ellesémettent donc toutes un ordre d’attentelogique.Le relais directionnel associé à D4 ayantbasculé, les ordres d’attente logique sontaiguillés de telle façon que seuls les disjoncteurs D2 et D4 déclenchent.

Distribution en boucleLe schémas de la figure 13 décrit leprincipe de l’utilisation du système desélectivité logique dans une distribution

en boucle, en utilisant des relais direc-tionnels.

Remarque :L’appellation «relais directionnel» dési-gne : soit une carte électronique de la gammeVigirack de technologie statique analogi-que, soit une fonction programmée du Se-pam de technologie numérique à micro-processeur.

fig. 12 : câbles en parallèle, court circuit en A.

A

D1

D3

D2

D4

D0

fig. 13 : boucle fermée, court circuit en A.

A



3. avantages de la sélectivité logique

4. bibliographie

La sélectivité des protections.Cahier Technique Merlin Gerin n°13,(F. Sautriau).

Brevet français n° 1 421 236.

Notice technique relais Vigirack,AC248.

Notice technique Sepam, AC 068/1.

Outre la sélectivité de la protection, quiest la fonction première du système, larapidité des déclenchements obtenuepermet de réduire les exigences sur latenue au court-circuit des canalisations,de l’appareillage, des transformateurs decourant, etc... dans des proportions éco-miquement appréciables.Ce procédé est très sûr : il consiste,comme nous l'avons vu, en la possibilitéqu'à le relais aval d'augmenter intelligem-

ment la temporisation propre du disjonc-teur amont. Une défaillance ne peut, en

aucun cas, affecter l'ensemble des pro-tections. Il utilise bien sûr la sélectivitéampèremétrique et présente l’immenseavantage de permettre d’obtenir destemps de déclenchement non cumulatifs.Il permet de résoudre le problème de lasélectivité au déclenchement sur l’en-semble du réseau, des principaux dé-parts basse tension jusqu’à la haute ten-sion.D’une mise en oeuvre peu complexe, lasélectivité logique s’adapte sans difficul-té aussi bien aux installations en études

qu’aux installations existantes. En effetelle autorise des extensions sans modifi-cations des réglages, et ne nécessitequ’une simple liaison par fil pilote entretableaux aval et tableau amont pour trans-mettre les informations logiques.De plus, le système étant indépendant dunombre d’étages protégés, la conceptiondes réseaux se fait en fonction des be-soins réels de l’utilisateur et non en fonc-tion des exigences du distributeur.


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Reproduction autorisée après accord MERLIN GERIN et avec mention obligatoire :" Cahier Technique Merlin Gerin n° 2 "

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