Techniques de Protections des Réseaux Electriques

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Chapitre 2. Composants d’un Système de Protection

2.1. Introduction Les défauts sur les réseaux provoquent des perturbations affectant leur ……………………………………… et la …………………… d’alimentation des consommateurs. L’utilisation d'appareils de protection est donc très nécessaire pour …………………… les effets de défauts dans les systèmes électriques. La qualité d’élimination des défauts dépend directement des …………………………………des systèmes de protection. 2.2. Protection des réseaux électriques Le terme « protection » désigne l’ensemble …………………… destinés à …………………… soit les équipements, soit le personnel. En règle générale, pour protéger une installation il faut :

− …………………… le fonctionnement − …………………… un état de dysfonctionnement

La protection fonctionne essentiellement en étapes : a) …………………..…: recevoir des valeurs analogiques. b) ………………..…… du type de défaut et sélection de l’algorithme correspondant pour des calculs détaillés. c) …………………… de défaut d) ……………………..…: évaluation des conditions de défaut. e) ……………………………: envoyer un signal binaire pour ouvrir le disjoncteur correspondant.

2.3. Système de protection Un système de protection doit :

− Préserver la …………………… des personnes et des biens.

− …………………… la destruction partielle ou totale des équipements.

− …………………… les contraintes thermiques, diélectriques et mécaniques auxquelles sont soumis ces équipements,

− …………………… la meilleure continuité de service possible.

− …………………… la stabilité du réseau, − …………………… les installations voisines (par exemple, réduire les tensions induites dans les circuits proches).

En général, trois types de composants constituent un système de protection : ……………………………, ……………………………., et …………………… . En effet, quand un défaut apparait sur le système, un signal de tension (ou de courant) est …………………… à un relais via un transducteur. Le relais, à son tour, …………………… un disjoncteur, et ainsi le défaut est ……………………. La Figure 2.1 montre un schéma unifilaire d'une partie d'un système d'énergie avec les composants de son système de protection.

2.4. Transformateurs de protection Un système de protection …………………… des conditions de défaut en contrôlant d’une façon continue des variables ; telles que le courant, la tension, la puissance, la fréquence et l’impédance. Les mesures de courants et des tensions sont réalisées par l’intermédiaire de ……………….……………… de mesure ou de protection qui sont de deux types :

− Transformateur de ……………………….… (ou potentiel) (T.T ou TP) − Transformateur de …………………..…… (T.C ou T.I).

Ces transformateurs de protection alimentent les variables mesurées au système du relais, qui à son tour suite à la détection d’un défaut, …………………… un disjoncteur, qui ………………………… la section endommagée dans le système.

Les transformateurs de courant ou de tension sont nécessaires pour …………………… l’appareil de protection, de contrôle et de mesure du circuit HT d’un système électrique et pour ………….……………… l’équipement avec les valeurs appropriées du courant et de la tension, généralement de ……………….………… pour la bobine de courant et …………………… pour la bobine de tension.

Figure 2.1.Composants du système de protection

D

T

R

D : Disjoncteur R : Relais T ; Transducteur

D D D

CHAPITRE 02 COMPOSANTS D’UN SYSTEME DE PROTECTION

MER86/Chap. 2 /2018-2019 © Pr. Ahmed GHERBI Département d’Electrotechnique- Faculté de Technologie - U.F.A. Sétif-1 .2

2.4.1. Transformateurs de courant (TC)

2.4.1.1. Définition Cet appareil est destiné à alimenter les protections, les équipements de mesure et de comptage. Il est utilisé pour :

− …………………… à une valeur facilement mesurable les courants ……………………..…… des lignes HT ou BT. − …………………… les appareils de mesure ou de protection des lignes à haute tension.

Le primaire de ce transformateur est monté en …………………… dans la ligne où l'on veut mesurer le courant. Ils fournissent un courant …………………….…………… au courant traversant le circuit primaire. Les TC sont des transformateurs de haute précision dont le rapport de transformation demeure essentiellement ………………………… même lorsque la charge au secondaire …………………….

2.4.1.2. Symboles

Figure 2.2. Symboles

2.4.1.3. Raccordement Le primaire de ces transformateurs est monté ………………..…… avec la ligne dont on veut mesurer le courant. Comme pour les transformateurs conventionnels, le rapport de transformation du courant est …………………………………… proportionnel au rapport des nombres de spires du primaire et du secondaire. Un TC ayant un rapport de 150𝐴𝐴 5𝐴𝐴⁄ a donc …………………… fois plus de spires au secondaire qu'au primaire. Le courant nominal du secondaire est généralement de …………………….

Figure 2.3. Raccordement d’un TC

2.4.1.4. Constitution La constitution d’un TC est ……………..………… à celle des transformateurs classiques. Il est constitué d’un circuit magnétique (en alliage de fer généralement) appelé …………………… portant un enroulement primaire de 𝑛𝑛1spires et un enroulement secondaire de 𝑛𝑛2spires. Le nombre de spires au primaire est faible.

a. TC toroïdal Dans le cas des réducteurs en forme de ……………………, le circuit primaire est un conducteur qui traverse en ligne …………………… le circuit magnétique de forme torique, autour duquel est bobiné le circuit secondaire.

Figure 2.4. Réducteur en forme de tore

b. TC bobiné Dans ce TC, le primaire est un enroulement à 𝑛𝑛1spires. Dans la pratique, les valeurs nominales de courant primaire vont de 100 A à 3000 A, et le courant nominal secondaire vaut ……………………

(a) (b) (c) (d)

Charge

Circuit magnétique

Circuit secondaire

Circuit primaire



Figure 2.5. TC bobiné

2.4.1.5. Principe théorique Pour un transformateur parfait, le courant secondaire instantané est lié au courant primaire par :

( 2.1) 𝑛𝑛1et 𝑛𝑛2sont respectivement les nombres de spires primaires et secondaires.

Figure 2.6. Circuit équivalent

Dans les réducteurs toriques, la traversée du conducteur primaire en ligne droite est équivalente à une spire 𝑛𝑛1 = 1. D’après le théorème d’Ampère :

( 2.2)

Le circuit magnétique canalise le champ magnétique qui est alors tangent au cercle engendré par le tore ( 2.3)

Avec

𝜇𝜇0 est la perméabilité magnétique du vide 𝜇𝜇𝑟𝑟 est la perméabilité relative du circuit magnétique 𝐿𝐿 est la longueur du tore

L’induction magnétique 𝐵𝐵 produite par les enroulements permet le transfert d’énergie du primaire vers le secondaire.

Si 𝜇𝜇𝑟𝑟 → ∞ (cas de circuit magnétique performant) 𝐵𝐵𝜇𝜇0𝜇𝜇𝑟𝑟

𝐿𝐿 → 0 alors 𝐼𝐼2 ≈ − 𝑛𝑛1𝑛𝑛2𝐼𝐼1 cas d’un transformateur parfait.

Pour un transformateur réel, on pose :

𝑩𝑩𝝁𝝁𝟎𝟎𝝁𝝁𝒓𝒓

𝑳𝑳 = 𝒏𝒏𝟐𝟐𝑰𝑰𝒎𝒎 ( 2.4)

Avec 𝐼𝐼𝑚𝑚 est appelé courant de magnétisation. Si on pose le rapport de transformation 𝐾𝐾 = 𝑛𝑛1𝑛𝑛2

( 2.5)

Le transformateur peut être alors modélisé par le modèle montré dans la figure suivante :

Figure 2.7. Schéma équivalent d’un transformateur de courant

Circuit secondaire

Circuit magnétique

𝐼𝐼1 𝐼𝐼2

Circuit primaire

Charge secondaire

(Protection ou comptage)

𝐼𝐼1 𝐼𝐼2

Enroulement secondaire Enroulement

primaire

𝐼𝐼1 𝐼𝐼1𝐾𝐾

Charge

𝐼𝐼2



Avec : 𝑅𝑅2 représente les résistances des enroulements primaire et secondaire 𝐿𝐿2représente les inductances de fuite du circuit magnétique en général : 𝐿𝐿2𝜔𝜔 ≪ 𝑅𝑅2 𝐿𝐿𝑚𝑚représente l’inductance de magnétisation (très élevée) 𝑅𝑅 : représente la charge 𝑉𝑉2 : tension au secondaire du transformateur de courant

On remarque que la qualité du TC dépend de la valeur de la …………………………….… …………………… du circuit magnétique. 𝜇𝜇𝑟𝑟 étant très grande (de l’ordre de 100) pour le fer, devient ……………………….. lorsque 𝐵𝐵 dépasse l’induction de saturation 𝐵𝐵𝑠𝑠𝑎𝑎𝑎𝑎. Or le courant de magnétisation ou le champ magnétique 𝐻𝐻 sont très liés à l’induction par la courbe de …………………… …………………… figure 2.8. La loi de Faraday :

𝑉𝑉2 = −𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑 = 𝑛𝑛2𝐵𝐵𝐵𝐵

𝑉𝑉2 = −𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = −𝑛𝑛2𝐵𝐵

𝑑𝑑𝐵𝐵𝑑𝑑𝑑𝑑

𝐵𝐵: induction magnétique 𝐵𝐵 : surface engendrée par les spires 𝑛𝑛2 : nombre de spires du secondaire

On ne doit …………………… ouvrir le secondaire d'un transformateur de courant lorsque le primaire est alimenté. S'il est nécessaire de retirer un instrument raccordé au secondaire, il faut auparavant mettre le secondaire en …………………… et ensuite retirer l'instrument. Si par mégarde on ouvre le circuit secondaire, le courant dans le primaire continue à …………………… inchangé, car celui-ci est déterminé par la charge du réseau. Le courant de ligne devient alors le courant ………………………..…… du transformateur. Comme celui-ci est 100 à 200 fois plus grand que la normale, il produit une densité de flux ………………..………… qui …………………… le noyau.

2.4.1.6. Caractéristiques générales d’un TC

a. Courant assigné au primaire 𝑰𝑰𝒏𝒏𝟏𝟏 Le courant primaire assigné (nominal) dépend du réseau et est déterminé par l’utilisateur final. Il est défini par la norme et devrait être choisi parmi les valeurs suivantes : …………………… …………………… …………………… ………………et leurs facteurs multiples ou décimaux.

b. Courant assigné au secondaire 𝑰𝑰𝒏𝒏𝟐𝟐 Il est égal à ……………………..……

c. Rapport de transformation 𝑲𝑲𝒏𝒏 C’est le rapport entre le courant primaire assigné et le courant assigné secondaire. Exemple : 100/5

𝐾𝐾𝑛𝑛 =𝐼𝐼1𝑛𝑛𝐼𝐼2𝑛𝑛

=100

5= 20

Tableau 2.1. Rapports de transformation standards

50:5 300:5 800:5 100:5 400:5 900:5 150:5 450:5 1000:5 200:5 500:5 1200:5 250:5 600:5

d. Puissance de précision : 𝑺𝑺𝒏𝒏 C’est la puissance apparente (en 𝑉𝑉𝐴𝐴 à un facteur de puissance spécifié) que le transformateur peut …………………… au secondaire. Elle est définie pour le courant …………………………… …………………… et la charge de précision sur laquelle sont basées les conditions de précision. Les valeurs normalisées sont : …………………… …………………… 𝑉𝑉𝐴𝐴.

e. Classe de précision Elle définit les limites ……….……………… garanties sur le …………………… de transformation et sur le ………………………….. dans les conditions spécifiées de puissance et de courant.

Figure 2.8. Courbe de magnétisation



f. Erreur sur le rapport de transformation C’est l’erreur en % que le transformateur introduit dans la mesure du courant :

(1.1)

g. Erreur de phase ou déphasage C’est la …………………………… de phase entre le courant …………………………… et le courant secondaire.

h. Courant de court-circuit thermique assigné (nominal) : 𝑰𝑰𝒆𝒆𝒕𝒕 C’est la valeur efficace maximale du courant primaire que le transformateur peut …………………………… pendant une ……………………………, son secondaire étant mis en …………………………….

i. Courant dynamique assigné (nominal) : 𝑰𝑰𝒅𝒅𝒅𝒅𝒏𝒏 C’est la valeur crête maximale du courant ……………………… que le transformateur peut ……………………………, sans subir de dommages électriques ou mécaniques dû aux efforts électrodynamique qui en résultent, son secondaire étant mis en ……………………………,. La valeur normale du courant dynamique assigné est :

(1.2)

j. Charge assignée (𝒁𝒁𝒏𝒏) C’est l’impédance des …………………………… connectés au …………………………… incluant toute la filerie, suivant laquelle le transformateur de courant doit respecter les limites de classes indiquées.

2.4.1.7. Caractéristiques des TC utilisés pour la mesure Les TC utilisés pour la mesure ont deux contraintes :

− Avoir une …………………………… adaptée à l’application pour le courant normal d’utilisation : Les classes de précision normalisées sont : …………………………………………………………

− …………………………… les appareils de mesures en cas de court-circuit sur le réseau. transformateur de courant utilisé pour la mesure

On considère un TC 500/1 A 15 VA cl 0.5. Que représentent ces données ? • Courant primaire nominal : …………………………… • Courant secondaire nominal : …………………………… • Classe de précision: …………………………… • Puissance de précision: ……………………………

2.4.1.8. Caractéristiques des TC utilisés pour la protection Les TC utilisés pour la protection doivent avoir un facteur limite de précision et une classe de précision adaptés à ……………………………. Le facteur limite de précision (FLP) est le rapport entre le …………………………… …………………………… pour lequel l’erreur est garantie inférieure à 5 ou 10% selon que la classe de précision est ……………… ou …………… et le courant …………………………… …………………………… .

Tableau 2.2. Erreurs sur le module et la phase au courant nominal selon norme CEI 60044-1

Classe de précision

Erreur de courant pour le courant nominal en %

Déphasage pour

le co rant nominal Erreur composée pour le courant

limite de précision en % Minutes Centiradians

5 P ±1 ±60 ±1,8 5 10 P ±3 – – 10

En termes de spécification, un TC pourrait être spécifié comme par exemple 15 𝑉𝑉𝐴𝐴 5𝑃𝑃20 s’il est un TC de protection ou 15VA classe 0.5 si il est un TC de mesure:

On considère un transformateur de courant dont les caractéristiques : 100/1A, 15VA, 5P10. Que représentent ces données ?

• Courant primaire nominal 𝐼𝐼1𝑛𝑛 : …………………………… • Courant secondaire nominal 𝐼𝐼2𝑛𝑛 : …………………………… • Puissance de précision …………………………… • Classe de précision …………………………… • Facteur limite de précision FLP : ……………………………

2.4.1.9. Plaque signalétique d’un TC Les plaques signalétiques des TC doivent contenir, là où il y a lieu, au moins les renseignements suivants :

a) le nom ou la marque de commerce du fabricant b) la désignation de type du fabricant c) le numéro de série du fabricant



d) la fréquence nominale e) les courants nominaux au primaire et au secondaire f) la classe de tension g) le facteur d'échauffement en régime permanent h) la valeur nominale de précision pour mesure approuvée i) le numéro de l'approbation

Figure 2.9. Plaque signalétique d’un transformateur de courant à deux secondaires.

2.4.2. Transformateurs de tension Le transformateur de tension (ou de potentiel) est un transformateur ……………………………. Il sert principalement à :

− …………………………… les appareils de mesure pour permettre la lecture de tension des lignes à HT − …………………………… des appareils de protection

Figure 2.10. Photos de TT

2.4.2.1. Constitution Les transformateurs de tension sont constitués d’un …………………………… primaire, d’un circuit …………………………… et d’un enroulement ……………………………. Le principe de fonctionnement d’un TT est …………………………… à celui des transformateurs de puissance.

2.4.2.2. Symbole et raccordement Suivant leur conception, les transformateurs de tension seront raccordés :

1. soit entre …………………………………………………… (Fig.2.10a)

Figure 2.11. Raccordement d’un TT

Exemple : 3000√3

100√3

� 𝑈𝑈1 = 𝑈𝑈√3

= 3000√3

2. soit ………………………………… (Fig2.10b)

3000 𝑉𝑉 100𝑉𝑉⁄ 𝑈𝑈1 = 3000𝑉𝑉

𝑈𝑈

Appareils de mesures de tension/protection

TT

Phase2

Phase3

Phase1

Appareils de mesures de tension/protection

Phase1

Phase3 Phase2

(a) Raccordement entre phase et terre (b) Raccordement entre phases

𝑈𝑈



2.4.2.3. Principe Le transformateur de tension est destiné transformer une tension primaire 𝑈𝑈1en une tension secondaire 𝑈𝑈2 proportionnelle avec un rapport de transformation donné par :

(1.3)

La puissance fournie au secondaire est :

(1.4)

Le courant au secondaire est donné par :

(1.5)

Figure 2.12

Si 𝑍𝑍 augmente alors 𝑃𝑃 et 𝑰𝑰𝟐𝟐 …………………………………. Donc, on peut brancher aux bornes d’un TT une impédance 𝑍𝑍 comprise entre son impédance nominale et l’infini (circuit ouvert). Par contre, si 𝑍𝑍 diminue, la puissance fournie devient …………………………………. et le TT est détérioré par ………………………………….. On conclut qu’il …………………………………………. court-circuiter un TT.

2.4.2.4. Caractéristiques générales d’un TT

a. Facteur de tension assigné (𝑲𝑲𝑻𝑻) Le facteur de tension assigné est le facteur par lequel il faut multiplier la tension …………………………………………………. pour déterminer la tension maximale pour laquelle le transformateur doit répondre aux prescriptions d’échauffement et de précision spécifiées. Suivant les conditions de mise à la terre du réseau, le transformateur de tension doit pouvoir supporter cette tension maximale pendant le temps nécessaire à l’élimination du défaut.

b. Tension primaire assignée 𝑼𝑼𝟏𝟏𝒏𝒏 Suivant leur conception, les TT seront raccordés entre phase et terre ou entre phases.

− Raccordement entre phase et terre : 𝑈𝑈1 = 𝑈𝑈√3

− Raccordement entre phases : 𝑈𝑈1 = 𝑈𝑈

c. Tension secondaire assignée 𝑼𝑼𝟐𝟐𝒏𝒏 Elle est égale à 100 𝑉𝑉 ou 110 𝑉𝑉 pour les TT raccordés entre phase. Pour les transformateurs monophasés destinés à être raccordés entre phase et terre, la tension secondaire assignée doit être divisée par √3.

d. Rapport de transformation Kn …………………………………………. (1.6)

e. Puissance de précision C’est la puissance apparente (en VA à un facteur de puissance spécifié) que le TT peut fournir au secondaire lorsqu’il est branché sous sa tension primaire nominale et raccordé à sa charge de précision. Les valeurs normalisées (CEI) sont : ………………………………………….………………………………………….…………………………………………..

f. Classe de précision Elle définit les limites d’erreurs garanties sur le rapport de transformation et sur le déphasage dans les conditions spécifiées de puissance et de tension.

Charge secondaire

𝐼𝐼1 𝐼𝐼2

𝑈𝑈1 𝑈𝑈2 𝑍𝑍

𝑇𝑇𝑇𝑇



2.4.2.5. Caractéristiques d’un TT de mesure La classe de précision est garantie pour une tension comprise 80% et 120% de la tension nominale primaire et pour charge comprise entre 25 % et 100 % de la puissance. Tableau 2.3

Application Classe de précision Non utilisé industriellement 0.1 Comptage précis 0.2 Comptage usuel 0.5 Comptages statiques ou mesures 1 Mesures ne nécessitant pas de grande précision 3

: exemple de TT utilisé pour la mesure

Caractéristiques de l’appareil : 20000 110 ; 100 ; 1

3 3VA cl

• Tension primaire= …………………………………………. • Tension secondaire=…………………………………………. • Puissance de précision = ………………………………………… • Classe de précision= …………………………………………. • La charge devra être comprise entre …………………………………………. et …………………et une tension primaire comprise entre

…………………………………………. et…………………………………………. l’erreur de déphasage est inférieur à 1 % et l’erreur est inférieur à 40 minutes.

2.4.2.6. Caractéristiques d’un TT de protection La classe de précision est garantie pour :

− Les valeurs de tension comprises entre 5% de la tension primaire et le produit de la tension primaire par le facteur de tension nominal 𝐾𝐾𝑇𝑇 × 𝑈𝑈𝑛𝑛

− Une charge au secondaire comprise entre 215% net 100% de la puissance de précision avec un facteur de puissance 0.8 AR.

Tableau 2.4. Erreurs maximales de tension et de déphasage pour les TT de protection

Classe de précision

Erreur de tension en %± Déphasage en minutes Entre 5% de

nU et

nKT U× Entre 2 % et 5% de

nU Entre 5% de

nU et

nKT U× Entre 2 % et 5% de

nU

3P 3 6 120 240 6P 6 12 240 480

. Exemple de TT utilisé pour la protection

Caractéristiques de l’appareil : 20000 110 ; 100 ;

3 3VA 3cl P ; 1.9KT =

• Tension primaire=…………………………………………. • Tension secondaire=…………………………………………. • Puissance de précision = …………………………………………. • Classe de précision=…………………………………………. • L’erreur de tension en inférieure à 3% et le déphasage est inférieure à 120 minutes pour une charge comprise entre

…………………………………………. et …………………………. avec un facteur de puissance 0.8 AR.

a. Erreur sur le rapport de transformation C’est l’erreur en % que le TT introduit dans la mesure de la tension :

(1.7)

b. Erreur de phase ou déphasage C’est la différence …………………………………………. entre la tension primaire et la tension secondaire, exprimée en minutes (min).



c. Puissance thermique limite ou puissance d’échauffement C’est la puissance …………………………………………. que le transformateur peut fournir en régime continu à sa tension …………………………………………. sans dépasser les limites d’échauffement fixées par les normes.

2.4.2.7. Plaque signalétique d’un TT Les plaques signalétiques des TT doivent contenir, là où il y a lieu, au moins les renseignements suivants :

a) le nom ou la marque de commerce du fabricant b) la désignation de type du fabricant c) le numéro de série du fabricant d) la fréquence nominale e) les tensions nominales au primaire et au secondaire f) la classe de tension g) le niveau de tenue au choc de foudre h) le facteur de tension nominal et durée nominal i) la valeur nominale de précision pour mesure approuvée j) le numéro de l'approbation

Figure 2.13. Plaque signalétique d’un TT

Pour alimenter une tension triphasée au relais, on utilise deux types de montage a) le montage en delta ouvert (ou de 2 TT) montré dans la figure 2.14 qui nécessite deux TT seulement connectés entre phases.

Figure 2.14. Montage à deux TT b) le montage des 3 TT en étoile (figure 2.15)

Figure 2.15 Montage des 3 TT en étoile

2.4.3. Transformateur capacitif de tension (TTC) Deux types de TT sont communément disponibles en pratique. Pour les tensions jusqu’à 11 kV, un TT est semblable à un transformateur multi-enroulement. Une telle combinaison est chère en HT et THT. Pour cela, on utilise un diviseur



de tension capacitif comme montré dans la figure 2.16. Les capacités 𝐶𝐶1et 𝐶𝐶2 (et 𝐶𝐶2 > 𝐶𝐶1) sont ajustées de sorte qu’une tension de quelques kV soit obtenue aux bornes de 𝐶𝐶2, qui est encore abaissée au moyen d’un transformateur à deux enroulements. Un tel montage est appelé transformateur de tension capacitif (TTC).

Figure 2.16. Transformateur de tension capacitif avec une inductance d’accord

Le circuit équivalent de Thevenin à travers 𝐶𝐶2 dans la Fig. 2.16 est une tension réduite en série avec la réactance capacitive de 1 [(𝐶𝐶1 + 𝐶𝐶2)𝜔𝜔]⁄ , qui en charge provoque un déphasage entre la tension aux bornes de 𝐶𝐶2et la tension de ligne. Pour annuler cet effet, une inductance d’accord 𝐿𝐿𝜔𝜔 = 1 [(𝐶𝐶1 + 𝐶𝐶2)𝜔𝜔]⁄ est introduite en série avec le transformateur à deux enroulements.

2.5. Relais de Protection

2.5.1. Définition Les relais de protection sont des appareils qui ……………………………………. en …………………………………. les grandeurs électriques du réseau (courant, tension, fréquence, puissance, impédances…) des seuils …………………………………………. et qui donnent …………………………………………. des …………………………… d’action (généralement ouverture d’un disjoncteur) ou une …………………………………………. lorsque la grandeur surveillée dépasse ……………………………. Le rôle des relais de protection est de détecter tout phénomène anormal pouvant se produire sur le réseau électrique tel que court-circuit, variation de tension, dysfonctionnement d’une machine, etc. Les entrées d’un relais sont :

− Le …………………………… via un TC − La …………………………… via un TT

Figure 2.17. Exemple d’un système de protection

2.5.2. Symbole

Figure 2.18. Diagramme conceptuel d’un relais

2.5.3. Modèle structural de principe Le schéma suivant représente le principe de base d’un système de protection :

Figure 2.19. Schéma de principe de la protection

Relais

R1

TT

TC

Ligne de transmission

F1

F2

A

B

Grandeurs à surveiller I, U, P…

Organe de détection Et de décision

Organe d’intervention



Le relais peut être :

− Sans alimentation auxiliaire (autonome) lorsque l’énergie nécessaire à son fonctionnement est prise directement sur le circuit surveillé (Fig. 2.20)

− Avec alimentation auxiliaire lorsque l’énergie nécessaire à son fonctionnement est prise sur une source auxiliaire de tension (DC ou AC) indépendante du circuit surveillé (Fig. 2.21.)

Figure 2.20. Raccordement d’un relais à maximum de courant sans alimentation auxiliaire

Figure 2.21. Raccordement d’un relais à maximum de courant avec alimentation auxiliaire

2.5.4. Types de relais Les relais peuvent être classés suivant leurs ……………………………………., leurs ……………………………………. et leurs fonctions :

a. Construction − électromécanique − état solide − microprocesseur − numérique − non-électrique (thermique, contrainte, etc.)

b. Signal d’entrée − courant − tension − puissance − fréquence − température − pression − vitesse

c. Fonction − surintensité − surintensité directionnel − distance − surtension − différentiel − puissance inverse − autres

2.5.4.2. Types de construction de relais

a. Relais électromagnétique Un relais électromagnétique comporte un ……………………………………………. sur lequel agissent les bobines ou des aimants ou des conducteurs.

Relais de protection

Organe de coupure

Actionneur sensible

Transformateur de courant

Source auxiliaire d’alimentation

Relais de protection

Organe de coupure

Actionneur sensible

Transformateur de courant



Figure 2.22. Relais électromagnétique

La bobine parcourue par un courant, provoque ……………………………………. du circuit magnétique dont la partie mobile se déplace. La force d’attraction sur la partie mobile sera d’autant ……………………………………. que l’intensité du courant sera ……………………………………. et l’entrefer plus faible. Le relais électromagnétique intervient pour protéger le système contre les courants de ……………………………………..

b. Relais thermique Le relais de protection thermique est destiné à la protection des circuits et des moteurs contre les courants de ……………………………………., les ……………………………………. de phases, les démarrages ……………………………………. et les calages prolongés du moteur. Le relais thermique utilise la propriété d’un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation …………………………………….. Il s’incurve lorsque sa température ……………………………………..

Figure 2.23. Principe du relais thermique

c. Relais statiques Un relais statique est un dispositif permettant de commuter un courant électrique sans recours à des éléments mécaniques ou électromécaniques. Les relais statiques remplacent de plus en plus les relais électromagnétiques pour les avantages suivants :

− Plus précis, − Plus sensibles, − Plus rapides, − Plus sélectifs, − Durée de vie plus longue, − Faible consommation, − Moins encombrants.

d. Relais Numériques Le fonctionnement d’un relais numérique nécessite la conversion …………………………… en …………………………. des tensions et courants obtenus à partir de transformateurs de protection (TT ou TC). Ces échantillons sont fournis au microprocesseur ou DSP où l’algorithme de protection traite ces signaux et des ……………………………………. nécessaires sont alors prises. Après acquisition des échantillons des signaux d'entrée, des calculs sont exécutés pour convertir les valeurs échantillonnées en une valeur finale qui représente la quantité associée basée sur un algorithme défini.

Figure 2.24. Relais numérique Une fois la valeur finale établie, la comparaison appropriée à une valeur de ……………………………………. peut être prise par le relais de protection. La plupart des relais numériques sont ……………………………………. et peuvent être considérés comme des appareils électroniques ………………………. La manipulation appropriée de toutes les fonctions exige une programme flexible pour que l'utilisateur applique les fonctions disponibles avec plus de ……………………………………..

Lame 1

Lame 2



2.5.5. Types de relais de mesure − Relais de …………………………………….: il fonctionne à une valeur de seuil prédéterminée de courant. On distingue

des relais de courant à minimum de courant et à maximum de courant (surintensité). − Relais de …………………………………….: il fonctionne à une valeur prédéterminée de tension. On distingue des relais

de sous-tension (minimum de tension) et surtension. − Relais de …………………………………….: il fonctionne à une valeur prédéterminée de …………………………………….. On

distingue des relais à maximum de puissance et des relais à minimum de puissance. − Relais …………………………………….:

1. Courant alternatif : il fonctionne selon la relation de …………………… entre des quantités alternatives.

2. Courant continu : il fonctionne selon la ……………………………………. du courant et sont habituellement du modèle d’aimant permanent et d'enroulement (cadre) mobile

− Relais …………………………………….: il fonctionne selon la différence scalaire ou vectorielle entre deux quantités comme le courant, la tension, etc.

− Relais de …………………………………….: il fonctionne selon "la distance" entre le transformateur de courant du relais et le défaut. La « distance » est mesurée en termes de résistance réactance ou impédance.

2.6. Disjoncteur Un disjoncteur est un dispositif ……………………………………., voire électronique, de protection dont la fonction est ……………………………………. le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique sur ordre …………………………….. Il est capable d'interrompre un courant de ……………………………………. ou un courant de ……………………………………. dans une installation. La nature inductive du système électrique engendre l’apparition ……………………………………. entre les extrémités d’un disjoncteur. Les disjoncteurs sont catégorisés suivant le …………………………………………. de l’arc.

2.6.1.1. Symbole

Figure 2.25

Figure 2.26

2.6.1.2. Rôle d’un disjoncteur Le rôle principal d’un disjoncteur est de:

− ……………………………………. des courants de charge − ……………………………………. sur un défaut − ……………………………………. des courants normaux ou de défaut − ……………………………………. un courant de défaut sans détérioration.

2.6.1.3. Principe de fonctionnement Un disjoncteur se compose essentiellement des contacts fixes et mobiles, appelés …………………………………….. En fonctionnement normal, ces contacts demeurent ……………………………………. et ne s'ouvriront pas automatiquement que si le système devient …………………………………….. Naturellement, les contacts peuvent être ouverts manuellement ou par télécommande. Quand un défaut se produit sur n'importe quelle partie du système, les bobines du disjoncteur sont ……………………………………. et les contacts mobiles sont ……………………………………. par un certain mécanisme, ouvrant ainsi



le circuit. Pendant l’ouverture des contacts, un arc apparait entre eux. Le courant peut ainsi continuer à circuler jusqu'à ce que la décharge cesse. La production de l'arc ………………………………. non seulement le procédé de coupure de courant mais elle produit également d'énorme quantité de ……………………………………. qui peut endommager le système ou le disjoncteur lui-même. Par conséquent, le principal problème dans un disjoncteur est l'extinction de l'arc dans le temps le plus court possible de sorte que la chaleur produite ne puisse pas atteindre une valeur dangereuse.

2.6.1.4. Caractéristiques d’un disjoncteur haute tension Les caractéristiques importantes du point de vue protection sont:

− La ……………………………………. avec laquelle le courant principal est ouvert après qu’une impulsion de déclenchement est reçue.

− La ……………………………………. du circuit que les contacts principaux sont capables d’interrompre La première caractéristique concerne le temps de déclenchement et est exprimé en cycle de période. Les disjoncteurs modernes ont des temps de déclenchement entre 3 et 8 cycles. Le temps de déclenchement ou d’élimination totale ou de coupure est composé de :

− Temps …………………………………….: le temps entre l’instant d’application de la puissance de défaut à l’instant de séparation des contacts principaux

− Temps …………………………………….: le temps entre l’instant de séparation du circuit principal des contacts du disjoncteur à l’instant d’extinction de l’arc du courant de court-circuit.

Temps total de coupure ou d’élimination est la somme des temps précédents.

Figure 2.27. Temps de coupure

La seconde caractéristique est le pouvoir de coupure, et est exprimé en MVA :

𝐵𝐵𝑛𝑛 =√3𝑈𝑈𝐼𝐼𝑑𝑑

106 ( 2.6)

Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur correspond à son aptitude à ……………………………………. un courant de court-circuit sans destruction et …………………………………….. Il se caractérise par l'intensité ……………………………………. du courant (appelé « courant présumé ») qui passerait si aucun disjoncteur ne l'interrompait.

2.6.1.5. Types de disjoncteurs Suivant la technique d'isolement utilisée, on distingue trois types de disjoncteurs :

− le disjoncteur à ……………………..…………………………. ou conventionnel, dont l’isolation externe est faite dans l’air ; − le disjoncteur à ……………… sous enveloppe métallique ou blindé (GIS, de : Gas Insulated Switchgear), dont

l'isolement est fait dans le 𝐵𝐵𝑆𝑆6. Il est muni d’une enveloppe métallique, reliée à la terre, ce qui permet d’éviter tout contact accidentel avec les pièces sous tension.

− le disjoncteur à …………………………………….. Les disjoncteurs peuvent être soit à coupure unique soit à coupure double. Dans le cas d’un disjoncteur à coupure unique seulement l’extrémité du jeu de barres est isolée mais dans le cas double coupure, les deux extrémités du jeu de barres (source) et les extrémités du câble (charge) sont coupées. Cependant, le disjoncteur à coupure double est le plus communément utilisé dans les installations modernes.

Instant d’apparition de défaut

Instant d’élimination du défaut

Relais

activé

Temps total de coupure

Temps de l’arc Temps d’ouverture du disjoncteur

Relais

Réinitialis

Techniques de Protections des Réseaux Electriques

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