ECOLE NATIONALE DES INGENIEURS DE TUNIS DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE COURS

PROTECTION DES RESEAUX ELECTRIQUES ENSEIGNANT : GHODBANE Fathi 2004/2005 2 AVANT PROPOS CesupportestdestinauxlvesingnieursentroisimeannedeGnielectriqueoption systmeslectriquesdelcolenationaledIngnieursdeTunisENITpourillustrerlecours de protection des rseaux lectriques.A travers les notions thoriques de base qui y sont prsentes appuyes par un bureau dtude, ltudiant doit tre capable de : Calculer lintensit dun courant de court circuit quelque soit non seulement la nature et le type de dfaut mais aussi la configuration du rseau lui-mme. Reconnatrelesmcanismesdeprotection :rducteursdemesure,slectivit, caractristiques des relais Relever les avantages des protections numriques. Relever le rle de chaque organe du rseau Recenser les problmes que peuvent rencontrer les diffrents organes du rseau. Trouver les solutions pour ces problmes Sur la base de ces objectifs, ce cours est divis en trois grandes parties : Une introduction la protection et au calcul des courts-circuits. Les gnralits concernant les mcanismes de protections La protection des diffrents lments du rseau. A noter que ce travail permettra aux lves ingnieurs dapprhender dune manire simple la protection des rseaux lectriques. 3 SOMMAIRE AVANT PROPOS................................................................................................................................................... 2 SOMMAIRE........................................................................................................................................................... 3 LISTE DES FIGURES............................................................................................................................................ 5 PARTIE I : GENERALITES SUR LA PROTECTION.......................................................................................... 6 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION A LA PROTECTION................................................................................. 7 Introduction..................................................................................................................................................... 7 I-Etude des courts- circuits : ................................................................................................................... 8 II-Dfauts triphass symtriques............................................................................................................ 26 III-Dfauts biphas terre.......................................................................................................................... 28 IV-Dfaut phase terre dit homopolaire .................................................................................................... 30 V-Rappels mathmatiques sur les vecteurs : .......................................................................................... 35 CHAPITRE 2 : CALCUL DES COURANTS DE COURT- CIRCUIT ........................................................... 39 I-Rseaux basse tension : ...................................................................................................................... 39 II-Dfauts triphass symtriques :.......................................................................................................... 40 III-Dfauts biphass sans contact avec la terre :...................................................................................... 44 PARTIE II : PRINCIPE ET CARACTERISTIQUES DES PROTECTIONS...................................................... 52 CHAPITRE I : LA SELECTIVITE .................................................................................................................. 53 I-Slectivit amprmtrique :................................................................................................................ 53 II-Slectivit chronomtrique : .............................................................................................................. 54 III-Slectivit logique :............................................................................................................................ 56 IV-Slectivit directionnelle :.................................................................................................................. 58 CHAPITRE II : LES REDUCTEURS DE MESURE....................................................................................... 60 I-Introduction :...................................................................................................................................... 60 II-Les transformateurs de courant (TC) ................................................................................................. 61 III-Les transformateurs de tension : ........................................................................................................ 66 CHAPITRE 3 : CARACTERISTIQUES ET PERFORMANCES DES SYSTEMES DE PROTECTION...... 69 I-Conditions imposes aux systmes de protection : ............................................................................ 69 II-Gnralits sur la dtection des dfauts : ........................................................................................... 69 III-Gnralits sur les relais : .................................................................................................................. 70 CHAPITRE IV : LA PROTECTION NUMERIQUE....................................................................................... 73 I-Introduction :...................................................................................................................................... 73 II-Les protections dans un pass rcent : ............................................................................................... 73 III-Dispositifs numriques :..................................................................................................................... 74 PARTIE III : LA PROTECTION DES DIFFERENTS ORGANES DU RESEAU.............................................. 76 CHAPITRE I : LA PROTECTION DES TRANSFORMATEURS.................................................................. 77 I-Rle des transformateurs :.................................................................................................................. 77 II-Problmatiques et contraintes des transformateurs : .......................................................................... 77 III-La protection des transformateurs : .................................................................................................... 81 CHAPITRE II : LA PROTECTION DES ALTERNATEURS......................................................................... 85 I-Introduction :...................................................................................................................................... 85 II-Les dfauts affectant lalternateur : .................................................................................................... 85 III-Mise en uvre de la protection : ........................................................................................................ 91 CHAPITRE III : LA PROTECTION DES MACHINES ASYNCHRONES.................................................... 96 I-Rle des moteurs asynchrones ........................................................................................................... 96 II-Problmatiques et contraintes des moteurs asynchrones :.................................................................. 96 III-La protection des moteurs asynchrones : ........................................................................................... 97 CHAPITRE IV : PROTECTION DES JEUX DE BARRES .......................................................................... 101 I-Rle des jeux de barre :.................................................................................................................... 101 II-Contraintes et problmatiques des jeux de barre :............................................................................ 101 III-Protections : ..................................................................................................................................... 102 IV-Exemple de protection des jeux de barres :...................................................................................... 104 CHAPITRE V : PROTECTION DES LIGNES HAUTE TENSION ............................................................. 109 I-Rle des lignes de transport : ........................................................................................................... 109 II-Contraintes et problmatiques deslignes de transport : .................................................................. 109 III-Protection des lignes de transport : .................................................................................................. 110 4 IV-Exemple de protection de ligne de transport : .................................................................................. 115 BIBLIOGRAPHIE.............................................................................................................................................. 123 5 LISTE DES FIGURES Figure 1: Schma simplifi dun rseau lectrique ................................................................................................. 8 Figure 2: Schma quivalent du rseau amont au court-circuit............................................................................. 10 Figure 3: Dcomposition du courant de court-circuit stablissant aux bornes lalternateur ................................ 10 Figure 4: Dcomposition du courant de court-circuit dun alternateur ................................................................. 14 Figure 5: Court-circuit triphas............................................................................................................................. 15 Figure 6: Court-circuit monophas terre ............................................................................................................. 16 Figure 7: Court-circuit biphas isol..................................................................................................................... 16 Figure 8: Court-circuit biphas terre ..................................................................................................................... 16 Figure 9: Dcomposition dun systme de 3 tensions damplitudes et de phases quelconque en la somme de 3 systmes de tensions triphases quilibres .......................................................................................................... 17 Figure 10: Schmas monophass quivalents direct, inverse et homopolaire du rseau....................................... 18 Figure 11: Impdance homopolaire des transformateurs ...................................................................................... 24 Figure 12: valeurs des ractances en fonction de la nature des cbles .................................................................. 26 Figure 13: circuit affect par un dfaut triphas symtrique................................................................................. 26 Figure 14:Schma du rseau selon les composantes cas d'un dfaut triphas symtrique .................................... 27 Figure 15: circuit affect par un dfaut biphas terre............................................................................................ 28 Figure 16: Schma du rseau selon les composantes cas d'un dfaut biphas la terre ....................................... 29 Figure 17: Circuit affect par un dfaut phase-terre dit homopolaire ................................................................... 30 Figure 18: Schma du rseau selon les composantes symtriques........................................................................ 32 Figure 19: Circuit de dfaut .................................................................................................................................. 33 Figure 20: reprsentation vectorielle..................................................................................................................... 35 Figure 21: reprsentation vectorielle du vecteur V ............................................................................................... 36 Figure 22: reprsentation du vecteur V................................................................................................................. 37 Figure 23: application du vecteur a....................................................................................................................... 38 Figure 24: Schma homopolaire monophas ........................................................................................................ 50 Figure 25:Schma homopolaire correspondant au dfaut la terre en M............................................................. 51 Figure 26: Principe de la slectivit Ampermtrique ............................................................................................ 53 Figure 27: principe de la slectivit chronomtrique ............................................................................................ 54 Figure 28: Principe de la slectivit logique ......................................................................................................... 57 Figure 29: principe de la slectivit directionnelle................................................................................................ 58 Figure 30: bobinage du transformateur de courant................................................................................................ 61 Figure 31: Schma de principe d'une protection numrique ................................................................................. 75 Figure 32: cblage de la protection terre jeux de barre ......................................................................................... 84 Figure 33: Cblage alternateur- relais ................................................................................................................... 91 Figure 34: logique de commande.......................................................................................................................... 94 Figure 35: schma d'une protection diffrentielle long......................................................................................... 98 Figure 36: schma d'une protection diffrentielle transversale. ............................................................................ 99 Figure 37: principe de la protection de distance.................................................................................................. 103 Figure 38: principe de la protection directionnelle.............................................................................................. 103 Figure 39: la Siemens la SIPROTEC 7SS60....................................................................................................... 104 Figure 40: Schma de connexion de bas ............................................................................................................. 104 Figure 41: schma en bloc de lacquisition des valeurs mesures....................................................................... 105 Figure 42: zone de dclenchement de la protection ............................................................................................ 106 Figure 43: exemple d'un enregistrement avec le perturbographe........................................................................ 106 Figure 44: principe des protections comparaison ............................................................................................. 111 Figure 45: la slectivit ....................................................................................................................................... 113 Figure 46: AREVA MiCOMP442..................................................................................................................... 116 Figure 47: schma de connexion de base ............................................................................................................ 116 Figure 48 : Dtection dune transition................................................................................................................. 117 Figure 49 : Principe de fonctionnement de lalgorithme en Delta ...................................................................... 118 6 PARTIE I : GENERALITES SUR LA PROTECTION7 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION A LA PROTECTION Introduction Laproductiondelnergielectriqueproximitdeslieuxdutilisationnestpastoujours possible.Gnralement,cettenergieestproduitepardesgroupesdeproduction G sous unemoyennetension(15,5kV ;12,5kV ;11kV ;5,5kV)dansdeslieuxdeplusaumoins distantsdescentresdeconsommation.Elleseraensuitetransformesousunehautetension (90kV ;150kV ;225kV..)pardestransformateurslvateurs TE installslasortie des gnrateurs. La totalit de lnergieproduite ou le surplus disponible sera transportpar un ensemble de lignes lectriques L sous une haute tension, plusieurs dizaines ou centaines de kilomtres, jusquauxcentresdeconsommation ;Elleseradenouveautransformepardes transformateurs abaisseurs TA et distribue sous une moyenne tension (30kV ; 10 kV.) pour la mettre la disposition des usagers. Lensembledesgnrateurs,deslignesdetransport,destransformateurslvateurset abaisseurs, constitue le rseau de production et de transport dnergie lectrique. Dans un tel rseau, les diffrents centres de production peuvent se prter mutuellement secours et on peut danscesconditions,exploiterchaquegnrateuraumieuxdesintrtsdelensembledu rseau. On dit quon a affaire avec un rseau interconnect Fig.1.Le rseau peut tre le sige de dfauts et en particuliers de court- circuits. Il est indispensable demettrellmentaffecthorsserviceafindelimiterlesdgtsquepeutcauserlarc lectrique et dviter ses rpercussions sur le fonctionnement gnral du rseau. La mise hors serviceautomatiquedunlmentendfautestconfieauxsystmesdeprotections.Ces systmesjouentunrletrsimportantdanslefonctionnementdesrseauxlectriques, puisque cest deux que dpend la scurit du matriel et du personnel ainsi que la continuit de service. La sret et la disponibilit exemplaire du rseau lectrique sont conditionnes par la grande fiabilit du matriel fourni par les constructeurs mais surtout par un systme de protection trs efficacequichaqueincidentdorigineinterneouexternepallierapidementleseffetsde lincidentavantdenliminerlescauses.Cesystmedeprotectionsestconstruit progressivementpartirduneanalysededfaillancesurunsavoirfaireimportantchezles exploitantsderseauetchezlesconstructeursdumatrieldestinassurerlaprotectiondu rseau et de ses lments essentiels (disjoncteurs, moteurs, transformateurs, etc.). 8 Figure 1: Schma simplifi dun rseau lectrique I-Etude des courts- circuits : Une installation lectrique est susceptible de subir des courts-circuits dont lorigine peut tre : -mcanique,parexempleunerupturedeconducteursouuneliaisonlectrique accidentelle entre deux conducteurs par un corps trangers tels que outils ou animaux ; -lectrique,suiteladgradationdelisolemententrephasesouentreunephaseetla masseoulaterre,ousuitedesurtensionsdorigineinterne(manuvres)ou atmosphrique (coup de foudre) ; -uneerreurdexploitation,parexemplelamiselaterredunephase,uncouplage entre deux sources de tension diffrentes ou des phases ou la fermeture par erreur dun appareil de coupure.Cescourts-circuitspeuventtrefugitifsoupermanents.Lesdfautsfugitifsdisparaissent deux mme aprs louverture des disjoncteurs de protection et ne rapparaissent pas lors de laremiseenservice(ledfautestbrl).Lesdfautspermanentsncessitentlamisehors tension dun cble, dune machine et lintervention du personnel dexploitation. Linstallationlectriquedoittreprotgecontrelescourt-circuitsetcecisaufexception, chaque fois quil y a un raccordement lectrique, ce qui correspond le plus gnralement un changementdesectiondesconducteurs.Lavaleurducourantdecourt-circuitdoittre calculechaquetagedelinstallationpourlesdiffrentesconfigurationspossiblesdu rseauafindepouvoirdterminerlescaractristiquesdumatrielquidoitsupporterouqui doit couper ce courant. Pourchoisirconvenablementlesappareilsdecoupure(disjoncteursoufusibles)etrglerles fonctions de protection, quatre valeurs de courant de court-circuit doivent tre connues : 9 Lavaleurcrteducourantdecourt-circuitmaximal(valeurdelapremirecrtedela priode transitoire) ; elle dtermine : - le pouvoir de fermeture des disjoncteurs et des interrupteurs, - la tenue lectrodynamique des canalisations et de lappareillage ; La valeur efficace du courant de court-circuit maximal. Elle correspond un court-circuit triphassymtriqueproximitimmdiatedesbornesavaldelappareildecoupure.Cette valeur dtermine : - le pouvoir de coupure des disjoncteurs et des fusibles, - la contrainte thermique que doivent supporter les matriels. La valeur maximale des court-circuits entre phases ; elle est indispensable au choix de la courbededclenchementdesdisjoncteursetdesfusiblesouaurglagedesseuilsdes protections maximum de courant, notamment : -lorsquelaprotectiondespersonnesreposesurlefonctionnementdesdispositifsde protectionmaximumdecourantphase ;cestlecasenbassetensionpourles schmas de liaison la terre TN ou IT, - afin dassurer la slectivit entre les protections. Lavaleurducourantdecourt-circuitmonophasterre ;elledpendessentiellementdu rgime de neutre et dtermine le rglage des protections contre les dfauts la terre. A.Etablissement des courants de court-circuit et forme de londe Lors dun court-circuit, il apparat dabord un courant transitoire, puis le courant volue vers unevaleurstable.Nousallonstudierdeuxcas,carlaformedececouranttransitoireest diffrente selon que le court-circuit est aliment par le distributeur dnergie (dans ce cas, les alternateurs sont suffisamment loigns pour que lon puisse ngliger leurs effets) ou quil est alimentparunalternateur.Danslecasolesdeuxsourcesfonctionnentenparallle,les deux courants sajoutent.1.Etablissement du court-circuit aux bornes de lalimentation du distributeur Lerseauamontduncourt-circuitpeutsemettresouslaformedunschmaquivalent constitu dune source de tension alternative damplitude constante E et dune impdance en srie Zcc (Figure 2). Zcc est limpdance de court-circuit, elle est gale limpdance quivalente aux cbles, aux lignesettransformateursparcourusparlecourantdecourt-circuit.Touteslesimpdances doivent tre ramenes la tension E. 10 Zcc= 2 2X R +avec X=Lw Figure 2: Schma quivalent du rseau amont au court-circuit Ainsi, lors dun court-circuit on applique une tension e=E 2 sin (t+) un circuit compos dune ractance et dune rsistance en srie. estlangledenclenchement,ildfinitlaphasedelatensionlinstantdapparitiondu court-circuit. Appelons le dphasage entre la tension et le courant en rgime tabli, on a alors tg =RX. On dmontre que lexpression du courant de court-circuit est : Icc=( ) ( )(((

+ XRcceEZsin sin2 Figure 3: Dcomposition du courant de court-circuit stablissant aux bornes lalternateur Le courant Icc est donc la somme de : Un courant sinusodal : Ia = ( ) + sin2ZccE 11 un courant apriodique tendant vers 0 de faon exponentielle :

Ic= - ( ) XReZccE sin2a plus grande valeur La valeur efficace du courant en rgime tabli est donc :

Ieff =ZccE Silangledenclenchement = ,lacomposanteapriodiqueestnulle,lergimeestdit symtrique. Si2 = ,lacomposanteapriodiqueestmaximale,lergimeestditasymtrique maximal ; cest la condition qui entrane la plus grande valeur du courant crte, on a alors : Icc=(((

||

\|+ XRcceEZ2sin2 Le courant atteint la valeur crte maximale (1recrte) lorsque : 12sin = ||

\|+ do =La valeur crte maximale du courant est donc : = (((

++XReX RE122 2 DfinissonslecoefficientKcaractristiquedurapportentrelavaleurcrtemaximaledu courant transitoire et la valeur efficace du courant en rgime tabli := K Ia K= (((

+ XRe 1 2Notonsquelefacteur2 provientdufaitqueloncompareuncourantcrteuncourant efficace. IlestintressantdedfinirKenfonctiondurapport XR,caractristiquedelimpdancedu rseau amont (tableau 1). En gnral, le rapport XR est compris : -entre 0, 05 et 0,3 en HTA, -entre 0,3 et 0,6 en BT ( proximit des transformateurs). 12 XR 00,050,10,20,30,40,50,6 K2,832,622,452,171,971,821,711,631,41 2K 21,851,731,531,391,291,211,1511 2.Consquences du courant transitoire Lorsduncourt-circuitsuruneinstallationalimenteparunrseaudedistributionpublique (loindesalternateurs),ilapparatunecomposanteapriodiquequidurequelquespriodes (entre 20 et 80ms). Lavaleurcrteducouranttransitoireest1,62,5foissuprieurelavaleurefficacedu courantdecourt-circuitenrgimetabli.Elledterminelesforceslectrodynamiquesque doiventsupporterlescanalisationsetlappareillage,etlepouvoirdefermeturedesappareils de coupure. Deplus,lesdisjoncteurslorsquilsnesontpasretardsontgnralementuntemps douverture infrieur la dure de la composante apriodique ; ils devront don tre capables de la couper. Pour les disjoncteurs BT, le pouvoir de coupure est dfini en fonction de2 2cosX RR+= . 3.Etablissement du court-circuit aux bornes dun alternateur On suppose que le court-circuit est suffisamment proche devant limpdance de lalternateur, de faon ngliger limpdance des cbles devant limpdance de lalternateur. Les calculs sur les rgimes transitoires des machines synchrones montrent que lexpression du courant est : ( ) cos"2cos1 1'1'1"12 ) (' "a d dTd dTd dTd deXEXeX XeX XE t i + +((((

+((

+|||

\| = estlangledenclenchement,ildfinitlaphasedelatensionlinstantdapparitiondu court-circuit. Le courant i(t) est maximal pour =0, on a alors : ( )a d dTd dTd dTd deXEXeX XeX XE t i +((((

+((

+|||

\| ="2cos1 1'1'1"12 ) (' " E : tension simple efficace aux bornes de lalternateur. 13 Xd : ractance subtransitoire. Xd : ractance transitoire. Td : constante de temps subtransitoire. Td : constante de temps transitoire. Ta : constante de temps apriodique. Le courant de court-circuit est donc la somme de un courant apriodique : aTtdceXEi="2 un courant sinusodal amorti : cos1 1'1'1"12 ) (' "((((

+((

+|||

\| = dTd dTd dXeX XeX XE t id d La composante apriodique a une valeur leve mais une dure trs courte, de 10 60ms. Pourlacomposantesinusodaleamortie,toutsepassecommesilaractancedelamachine tait variable et voluait suivant les trois priodes suivantes : -subtransitoire (X d) : intervenant pendant 10 20 ms aprs le dbut du court-circuit, -transitoire (Xd) : se prolongeant jusqu 100 400ms, -synchrone (X d) : ractance synchrone, considrer aprs la priode transitoire. Le courant de court-circuit est donc la somme de 4 composantes illustres par la figure 3 : -(a) contribution de la ractance transitoire, -(b) contribution de la ractance subtransitoire, -(c) contribution de la ractance synchrone, -(d) contribution de la composante apriodique, -(e) courant de court-circuit total. 14 Figure 4: Dcomposition du courant de court-circuit dun alternateur B.Le court-circuit triphas Cest le dfaut correspondant la figure 5. En gnral, il provoque les courants de dfauts les plus importants. Son calcul est donc indispensable pour choisir les matriels (intensits et contraintes lectrodynamique maximales supporter). 15 Le calcul du courant de court-circuit triphas est simple en raison du caractre symtrique du court-circuit. En effet, le courant de court-circuit a la mme valeur dans chaque phase. Onpeutdoncfaireuncalculenutilisantunschmamonophasquivalentdurseau amont au court-circuit, comme on peut le faire en rgime normal. Figure 5: Court-circuit triphas La valeur du courant de court-circuit triphas Icc3 est :

Icc3 =ccnZU3 Un : tension compose efficace Zcc : impdance de court-circuit. Limpdancedecourt-circuitestgalelimpdancequivalenteauxcbles,auxligneset aux transformateurs parcourus par le courant de court-circuit. Danslapratiqueoncommencepardterminerlimpdancequivalentedelasource dalimentation (alimentation par le rseau de distribution publique ou par un alternateur), puis lesimpdancesdechaquetransformateur,cbleouligne,parcourusparlecourantdecourt-circuit. Chaqueimpdancedoittrerameneauniveaudetensiondudfautprsum.Latension prendreencomptepourlecalculestdiffrenteselonquelerseauoestsituledfaut ZSprsum est en haute ou basse tension. Enbassetension,leguidepratiqueUTEC15-105prendlatensionvide(rseauhors charge) pour le calcul du courant de court-circuit maximal : Icc3=ccZU30 Enhautetension,leguidepratiqueUTEC13-205etlanormeCEI909appliquentun coefficient 1,1 la tension nominale pour le calcul du courant de court-circuit maximal : 16 ccnccZUI31 , 13= C.Lescourts-circuits dsquilibrs Lestypes de court-circuit dsquilibr sont : -Le court -circuit monophas la terre ou dfaut phase-terre (figure 6), -Le court-circuit biphas isol (figure 7), -Le court-circuit biphas terre (figure 8). Figure 6: Court-circuit monophas terre Figure 7: Court-circuit biphas isol Figure 8: Court-circuit biphas terre 17 Lamthodedecalculdescourantsdecourt-circuitdsquilibrestpluscomplexequecelle descourts-circuitstriphasssymtriques.Eneffet,lecaractredsquilibrdescourantset des tensions ne permet pas lutilisation dun schma monophas quivalent. Par exemple, pour un dfaut monophas terre franc sur la phase1, au lieu du dfaut : -V1=0, V2=U12 et V3= U13 -I1= Icc, I2=0et I3=0 (en ngligeant le courant de charge). La mthode de calcul gnralement utilise est la mthode des composantes symtriques. D. Mthodes des composantes symtriques Elleconsistedcomposerunsystmedetroistensionsdamplitudesetdephases quelconquesenlasommedetroissystmesdetensionstriphasesquilibresditsdirect, inverse et homopolaire. On peut dmontrer mathmatiquement que cette dcomposition existe quelles que soient les valeurs des courants et des tensions. Le systme direct est le systme de tensions de lalimentation, 3 tensions gales dphases de 120 dans le sens des aiguilles dune montre : V1d, V2d et V3d. Le systme inverse est le systme de 3 tensions gales dphases de 120 dans le sens inverse des aiguilles dune montre : V1i, V2i et V3i. Le systme homopolaire est le systme de 3 tensions phase terre gales non dphases : V10, V20 et V30. Figure 9: Dcomposition dun systme de 3 tensions damplitudes et de phases quelconque en la somme de 3 systmes de tensions triphases quilibres Le rseau est alors quivalent la somme de 3 schmas monophass Figure.9. 18 Figure 10: Schmas monophass quivalents direct, inverse et homopolaire du rseau La source dalimentation tant un systme triphas direct, elle apparat comme de tension du schmamonophasdirect.Lesschmasmonophassinversesethomopolairessontapriori dpourvus de source de tension. LesvaleursdesimpdancesZd,Zietz0sontdonnesparlesconstructeurs(cbles,lignes, transformateurs,alternateurs)etledistributeuroupeuventtredterminespartirdes rgles.Malgrlecaractreunpeuabstraitdelamthodedecalcul,cesimpdancessont mesurables facilement et ont un caractre physique concret. Pourmesurerlimpdancedirectdunlmentdurseau(cble,transformateur,machines tournantes),onluiappliqueunsystmedirectdetensionstriphasesauxbornesdes3 phases et on mesure le courant. Pourmesurerlimpdanceinversedunlmentdurseau(cble,transformateur,machines tournantes),onluiappliqueunsystmeinversedetensionstriphasesauxbornesdes3 phases et on mesure le courant. Pourmesurerlimpdancehomopolairedunlmentdurseau(cble,transformateur, machines tournantes), on lui applique une tension phase-terre aux bornes des 3 phases et on mesure la valeur du courant. 1.Valeurs des impdances des lments du rseau Remarques gnrales concernant les impdances directes Zd est limpdance directe dun lment, elle correspond limpdance mesure lorsquon lui appliqueunsystmedetensionstriphasesauxbornesdetroisphases.Elleestidentique limpdanceZccutilisepourlecalculdescourantsdecourt-circuittriphassymtrique.En effet,lorsduncourt-circuittriphassymtrique,lesystmedirectdetensionsde lalimentation est appliqu aux lments du rseau parcourus par le courant de court-circuit. On a donc la relation Zd= Zcc pour tous les lments du rseau. 19 Remarques gnrales concernant les impdances inverses Lecaractresymtriquedescbles,deslignesetdestransformateursentraneque limpdance directe est gale limpdance inverse pour ces lments. OnadonclarelationZi=Zd=Zcc pourtousleslmentsdurseauautresquelesmachines tournantes. Remarques gnrales concernant les impdances homopolaires Elle est directement lie au rgime du neutre du distributeur :-si le neutre est mis la terre par une bobine de Petersen, limpdance homopolaire est considre comme infinie, car le courant de dfaut la terre est nul. -Sileneutreestmisdirectementlaterre,limpdancehomopolaireestpeuprs gale limpdance directe ;-Si le neutre est mis la terre par rsistance, limpdance homopolaire est peu prs gale3foiscettersistance,carlesimpdancesdutransformateuretdesliaisons sont ngligeables devant la rsistance de limitation.Z0=3Zn avecZn=lnIU3 Il : courant de limitation Exemple : PourlerseauEDFdelaFrance,lesrseauxHTBetbassetensionsontneutremis directement la terre. Les rseaux HTA sont neutre mis la terre par rsistance de limitation : -Il = 300A pour les rseaux ariens, -Il = 1000A pour les rseaux souterrains. Pour une tension compose Un= 21kV : Z0 = 403001321000= x Z0 = 1210001321000= x 2.Impdance des alternateurs Pour les alternateurs, au lieu de donner les valeurs des impdances caractristiques (Xd, Xd, Xd, Xi, X0) en ohms, les constructeurs donnent celles-ci en %. On a, par dfinition, la relation suivante :

20 X () =( )nnIV X100% Les constructeurs donnent la puissance nominale apparente Sn en kVA : Sn=3VnIn do X () =( )100% 32XSVnn ou :X () =( )100%2XSUnn Larsistanceestngligeabledevantlaractancepourlesdiffrentesimpdancesdirectes, inverses et homopolaires des alternateurs a)Impdance directe Le courant de court-circuit triphas volue suivant les 3 stades suivants : -subtransitoire (Xd) : intervenant pendant 10 20 ms aprs le dbut de court-circuit,-transitoire (Xd): se prolongeant jusqu 100 400 ms, -synchrone (X d): ractance permanente ou synchrone considrer aprs lapriode transitoire. Limpdance prendre en compte dpend donc de lobjectif de calcul : -Pourlavrificationdescontrainteslectrodynamique,lecourantdecourt-circuit maximal est calcul daprs la ractance subtransitoire : dnXUIcc' '33 =-Pour la vrification des contraintes thermiques, le courant de court-circuit maximal est calcul daprs la ractance transitoire : dnXUIcc'33 =-Pourlerglagedesseuilsdesprotectionsmaximumdecourantphase,notamment lorsquelalternateurpeutfonctionnerilotdurseaudedistributionpublique,le courantdecourt-circuitminimalestcalculdaprslaractancetransitoireetla ractance inverse : idnX XUIcc+='321 Il nest gnralement pas tenu compte du rgime permanent en supposant que les dispositifs de protection coupent le courant pendant le rgime transitoire. Dans le cas contraire, on utilise une protection maximum de courant phase retenue de tension. -Pour la dtermination du pouvoir de coupure des disjoncteurs basse tension, le courant de court-circuit maximal est calcul daprs la ractance subtransitoire : dnXUIcc'33 =-Pourladterminationdupouvoirdecoupuredesdisjoncteurshautetension,ilfaut dterminerlavaleurdelacomposantepriodiqueetlavaleurdelacomposante apriodiquelinstantdouvertureminimaldescontacts,auquelonajouteunedemi-priode de la frquence assigne. b)Impdance inverse Lechampproduitparunsystmetriphasinversedecourantstournedanslesens oppos au sens de rotation de la machine, il ny a donc de raction dinduit. Limpdance inverse est alors la ractance propre du circuit inducteur : Xi=Xd

c) Impdance homopolaire Lorsque lon applique un systmede 3 tensionshomopolaires sur le stator, le flux induit surlerotorestnul(carilnyapasdechamptournant),ilnyadoncpasderaction dinduit. Ainsi, cette impdance ne dpend que de lenroulement statorique, sa valeur est donc faible. Notons que pour calculer le courant de court-circuit phase-terre, le mode de mise la terre duneutredelamachineesttrsimportantpourdterminerlimpdancehomopolairede lensemble alternateur et impdance de mise la terre du neutre : -lorsque le neutre est mis directement la terre Zens=jX0 -lorsque le neutre est mis la terre par une impdance ZN, Zens = 3 ZN +j X0 3 ZN. car en gnral X0Zd+Zi+Zo,lecourantdedfautphase-terreestdfiniparlimpdancede dfaut: I1 = E/Z Exemple : Figure 19: Circuit de dfaut 34 Problme Quel doit tre le pouvoir de coupure du disjoncteur ? Solution Quand le disjoncteur intervient, la composante apriodiqueest teinte lintrieur du rseau mais pas lintrieur des enroulements de lalternateur. Impdances De lalternateur ramenes au secondaire transformateur : Za homopolaire = nglige Du transformateur ramenes au secondaire transformateur : Totales : Z directe = j1,22 Z inverse = j1,17 Zt homopolaire = jl,04 Courants de court-circuit Triphas Monophas Biphas isol 35 Biphas terre Le disjoncteur devra donc couper un courant de court-circuit de18 kA, soit une puissance de coupure de : 18 x 36 e = 1122 MVA V-Rappels mathmatiques sur les vecteurs : A.Reprsentation vectorielle dun phnomne physique Unphnomnephysiquevibratoireestsinusodalquandllongationdunpointvibrantest une fonction sinusodale du temps : x = a cos(t + ). Lapplicationllectrotechnique,danslaquelletensionsetcourantssontdesphnomnes sinusodaux, est bien connue. ConsidronsunvecteurOMdemodulea,tournantdansleplan(Ox,Oy)autourdeson origine O avec une vitesse angulaire constante ; Si linstant initial t = 0, langle (Ox, OM) a la valeur , linstant t il aura la valeur (t + ). Projetons le vecteur courant OM sur laxe Ox. Figure 20: reprsentation vectorielle La valeur algbrique de sa projection est, linstant t : x = a cos(t + ). Ainsi : le mouvement de la projection de lextrmit du vecteur tournant sur laxe Ox est un mouvement sinusodal damplitude a gale au module de ce vecteur, lapulsationdumouvementsinusodalestgalelavitesseangulairedu vecteur tournant, 36 la phase initiale est gale langle que fait le vecteur tournant avec laxe Ox linstant initial t = 0. Rciproquement on peut faire correspondre un vecteur tournant toute fonction sinusodale x = a cos(t + ). Par convention on reprsente la fonction x par le vecteur OM dans la position quil occupe linstant initial t = 0 ; le module du vecteur reprsente lamplitude a de la fonction sinusodale et langle (Ox, OM) reprsente sa phase initiale. Doncltudedunphnomnephysiquesinusodalpeutseramenerltudeduvecteurqui luicorrespond.Ceciestintressantcarlamanipulationmathmatiquesurlesvecteursest assezaise.Celasappliqueenparticulieraudomainedesphnomneslectriquestriphass dans lesquels tensions et courants sont reprsents par des vecteurs tournants. B. Dfinition de base soit un phnomne lectrique vibratoire sinusodal reprsent par un vecteur tournant V On se donne a priori dans le plan : Un axe de rfrence Ox de vecteur unitaire x : x = 1. Un sens de rotation conventionnellement dfini comme positif dans le sens anti-horaire + . Le vecteur V dont on ramne lorigine en O est essentiellement caractris par : Une amplitude V: un instant donn, la longueur du vecteur est gale numriquement au module de la grandeur du phnomne. Une phase : cest un instant donn, langle (Ox, V) , que fait V avec laxe de rfrence Ox, compte tenu du sens de rotation adopt. Une pulsation : cest la vitesse constante de rotation du vecteur en radians par seconde. Figure 21: reprsentation vectorielle du vecteur V On lexprime trs frquemment en tours par secondes, il sagit alors de la frquence du phnomne donne en Hz (1 Hz = 2 rd/s). 37 Un systme triphas est un ensemble de 3 vecteurs V1, V2, V3 , de mme origine, de mme pulsation et ayant chacun une amplitude constante. Un systme lectrique est linaire quand il y a proportionnalit des relations de causes effets. C. Reprsentation vectorielle LevecteurVestreprsentclassiquementdansunsystmedaxesdecoordonnes rectangulaires. Figure 22: reprsentation du vecteur V V=OM=OX+OY=OX x+OY y Oprateur j Pour faciliter les oprations sur les vecteurs, V peut tre reprsent de faon quivalente par un nombre complexe en utilisant loprateur j . j est un oprateur vectoriel qui consiste faire tourner de + /2 le vecteur auquel lopration est applique, donc j x = y. On voit alors que : j2=-1 (rotation de ) j3=-1 (rotation de 2/3) j4=1 (rotation de 2) do : V=OX x+OY j x=x (OX+j OY) Oprateur a aestunoprateurvectorielquiconsistefairetournerde+2/3levecteurauquel lopration est applique. 38 Figure 23: application du vecteur a On voit alors que : a2 fait tourner un vecteur de : 2 2/3= 4/3 (quivalent -2/3). a3 fait tourner un vecteur de : 3 2/3= 2 (quivalent 0). a=-0.5+j 3/2 a2= -0.5-j 3/2 Do : A0=a3=a6==1 A=a4=a7 A2=a-2=a-5 a-a2= j3et 1+a+a2=0 Cette dernire relation se vrifie graphiquement en constatant sur la figure que la somme des vecteurs reprsents est nulle : V+aV+a2V=0 do V(1 + a + a2) = 0 donc 1 + a + a2 = 0 39 CHAPITRE 2 : CALCUL DES COURANTS DE COURT- CIRCUIT I-Rseaux basse tension : Avec : U0 : Tension entre phase vide au secondaire du transformateur MT/BT Pcc : Puissance de court-circuit donne par le STEG. Ucc : Tension de court-circuit en %. Pcu : pertes cuivres (W).

RT=R2 XT=X2 NB : Ladterminationdesintensitsdecourt-circuitdansuneinstallationestlabasedela conception dun rseau. Elle dtermine : Le pouvoir de coupure des appareils de protection. La tenue des cbles. La scurit des protections. 40 II- Dfauts triphass symtriques : 1.Court-circuit aux bornes dun alternateur : La loi dOhm permet dcrire Cest le courant par phase qui est dphas de /2 en arrire sur la F.e.m puisque R=0. 2. Court-circuit sur une ligne raccorde un alternateur : Zd = ZdA + ZdL Do Or On aura alors : 41 3.Exemple de calculs de courants de court-circuit en triphas : Court-circuit dans un rseau comprenant un alternateur, une ligne et un transformateur. On sait que la ractance directe dun transformateur est : ZdT = p*U2/ (100*Sn) 4.Application : 42 Alt : Sn = 167MVA, Un = 15.75KV, Xd= 0.12 Transformateur 1: Sn = 180MVA,15.75/247KV, Ucc = 14% Transformateur 2: Sn = 60MVA,90/11KV,Ucc = 10.5% Transformateur 3: Sn = 15MVA,30/6.6KV,Ucc = 8% AutotransformateurSn = 120MVA, 225/99/33KV,UHM = 9% ;UHB=32% ;UMB= 18% Les lignes : L1 : 150Km ;X0= 0.4 Ohm/Km L2 : 60Km ;X0= 0.4 Ohm/Km L3 : 2,5Km ;X0= 0.08 Ohm/Km ;r0= 0.45 Ohm/Km L4 : 13Km ;X0= 0.4 Ohm/Km Dterminer la valeur de la composante priodique du courant de court-circuit triphas au point K1. Choisissons une tension unique celle de lchelon II o la ligne 2 est branche. X1= Xd*(Un2/Sn) = 0.12* (15.752/167)*[(247/15.75)*(99/225)] 2 = 8,49E = (15.75/3)*(247/15.75)*(99/225)= 108.7/3 KV X2= (Ucc/100) *UnT12/Sn = (14/100)* (2472/180)*(99/225)2 = 8,49 X3= Xd Un2/Sn = 0.4*150 *(99/225) 2 = 11,6Pourlautotransformateur,ilfautdterminerlatensiondecourt-circuitdechaque enroulement: UccHT = ( UHM + UHB - UMB) = 0.5 * (9+32-18) = 11.5% UccMT = ( UHM + UMB - UHB) = 0.5 * (9+18-32) = -2.5% UccBT = ( UHB + UMB UHM) = 0.5 * (32+18-9) = 20.5% 43 AinsiX4 = 11.5/100 * (992/120) = 9.39X5 = -2.5/100 * (992/120) = -2.04 X6 = 20.5/100 * (992/120) = 16.74 X7 = 0.4 * 60 = 24X8 = 10.5/100 * (902/60) = 14.2X9 = 0.08* 2.5 * (90/11) 2 = 13.4r9 = 0.45* 2.5 * (90/11) 2 = 74.3 X10 = 0.4* 13 * (99/33) 2 = 46.8 X11 = (8/100)* (302/15) * (99/33) 2 = 43.2 Lors dun court-circuit au point K1: X1= X1 + X2 + X3 + X4 +X5 +X7 = 8.49 + 9.19 + 11.6 + 9.39 2.05 + 24 =60.62 Icc1 = 108.7/ (3* 60.62)= 1.035 KA Dans la ligne L1Icc1(L1) = 1.035 * 99/ 225 = 0.455 kA Lors dun court-circuit au point K2 : X2= 60.62 + 14.2 + 13.4 = 88.22 R2= r3= 75.3 Z2 = (75.32+ 88.222) = 115.99 Les courants sont :Dans la ligne L2 : Icc2 = 108.7/(3 * 115.99) = 0.541 kA Au point K2 : Icc2 = 0.541 * 90/ 11 = 4.43 Ka Lors dun court-circuit au point K3 : X3 = 8.49 + 9.19 + 11.6 + 9.36 + 16.74 + 46.8 + 43.2 = 145.41 Les courants sont : Au point K3 : Icc3 = 108.7/(3 * 145.41) * (99/33) * (30/ 6.6) = 5.886 kA Dans la ligne L4 : Icc3 = 108.7/(3 * 145.41) * (99/225) = 0.19 KA 44 III-Dfauts biphass sans contact avec la terre : On suppose que le dfaut biphas affecte les phase 2 et 3 dune ligne issue dun jeu de barres sur lequel ddite un alternateur de force lectromotrice E. Soient les courants de dfaut suivant correspondant chaque phase : Leurs composantes symtriques : De mme dsignons par V1, V2 et V3 les tensions par rapport au sol ou bien de dfaut. Et leurs composantes symtriques : Equation du dfaut : La phase 1 nest pas intresse par le dfaut, en consquence, elle nest travers par aucun de court-circuit : Les phases 2 et 3 en court-circuit franc, donc : Les courants de dfaut quiles traversent sont gaux mais de sens contraire : Les tensions par rapport au sol des phases 2 et 3 sont identiques : Application du principe de superposition : La F.e.m aux bornes de lalternateur scrit daprs la loi dohm : A lendroit de dfaut prend naissance une tension inverse Vi correspondant ltablissement dun rgime inverse caractris par une impdance inverse Zi et un courant Ji. 45 Quand au rgime homopolaire, il nexiste pas dans ce cas puisque les phases en dfaut nont pas de contact avec le sol ; on aura donc : Calcul des composantes symtriques : Compte tenu de lgalit suivante Les composantes symtriques des courants sont donnes par les quations : Comme :

Comptetenu de lgalit suivante : Les composantes symtriques des tensions sont donnes par les quations : Puisque: On aura: En tenant compte de la relation prcdente, on peut crire : 46 De plus comme , on obtient: Calcul du courant de court-circuit biphas : Compte tenu de : On peut crire les relations suivantes : Lexpression (a2-a) dfinit la fois une direction du vecteur et une grandeur arithmtique. (a2-a)estdcalenarriresurlevecteur1de90doncmultiplierunvecteurpar(a2-a)est quivalent le faire tourner de /2 en sens inverse du sens trigonomtrique, en consquence J2 et perpendiculaire Jd. 47 Commevaleurarithmtique(a2-a)estlabaseduntriangleisocledangleausommet120 dont les cts gaux valent , donc | a2-a|=3 . Quant au vecteur J3, il est oppos J2, mais lun et lautre ont pour valeur arithmtique 3 Jd. Ou encore Cette expression reprsente la valeur du courant de dfaut biphas.Dans le cas dun rseau de distribution MT o les impdances prdominantes sont celles des lignes et des transformateurs, on peut crire : Le courant de dfaut biphas scrit alors : Par ailleurs, le courant de dfaut triphas IccT a t trouv gal : On en dduit alors : Do IccB< IccT Exemple : Un dpart 15 kV, issu dun poste 60/15kV est form de 10 km de lignes de 48mm2 de section (R=Lw= 0.4/km) et de 30km de lignes de 40/10 de mm2 (R=1.5 /km et Lw= 0.4/km).

Le poste 60/15kV comporte un transformateur 60/15kV de 5MVA et de ractance gale 7%. La puissance de court-circuit en amont du transformateur est 800MVA. Calculer lintensit du court-circuit biphas lextrmit de dpart. 48 La ractance directe du rseau amont : La ractance directe amont est gale : La ractance directe du transformateur est : Limpdance des lignes ariennes est : Limpdance totale est Le courant de dfaut a pour valeur : Dfauts monophass : Valeur de courant de dfaut Le courant de dfaut vaut trois fois le courant homopolaire Jo. Remarque : On suppose que la phase en dfaut est ralise travers une rsistance R. Cas dun rseau ayant le neutre isol: 49 Avec : Co la capacit homopolaire par phase Co = Co1 + Co2 +.. Avec : ZoR = -j/Cow Cas dun rseau avec neutre reli la terre : Application : Transformateur triangle toile avec neutre la terre : Avec5 < x < 14 Si le neutre est reli directement la terre, le courant du dfaut franc la terre J sur le jeu de barre MT du transformateur est gal : Ou encore : Enfait,cecouplagedonnantlieuuncourantdedfautlaterrelev,ilestindispensablede le limiter par une rsistance de neutre. 50 Soit un transformateur de 10MVA de ractance directe de 7.5%. ZdT =ZoT = (7.5/100)*(152/10) = j1.7 J = 8660/1.7 = 5100A On va supposes que le courant de dfaut franc la terre par 300 spires aux bornes secondaires MT du transformateur. La rsistance Rn intercaler dans le neutre sera donne par la relation : En ngligeant ZoT ,ZiT et ZoT; on aura : Rn = E/J = 8660/300 = 28,8 Cas dun transformateur HT/MT avec un rseau alimentant plusieurs dpart, un de ces dpart est affect dun dfaut la terre sur la phase 1. Figure 24: Schma homopolaire monophas 51 Si le neutre est isol le courantde dfaut ne peut se fermer que par la capacit homopolaire du rseau. Si le neutre est mis la terre, le courant de dfaut peut se refermer aussi par le neutre. Figure 25:Schma homopolaire correspondant au dfaut la terre en M 52 PARTIE II : PRINCIPE ET CARACTERISTIQUES DES PROTECTIONS 53 CHAPITRE I : LA SELECTIVITE La slectivit des protections consiste isoler le plus rapidement la partie du rseau affecte parundfautetuniquementcettepartie,enlaissantsoustensiontouteslespartiessainesdu rseau. Pour y parvenir diffrents systmes peuvent tre mis en uvre : La slectivit ampremetrique (par les courants) La slectivit chronomtrique (par le temps), La slectivit par change dinformations dite slectivit logique, La slectivit par utilisation de protections directionnelles ou diffrentielles. I-Slectivit amprmtrique :Elleestbasesurlefaitquedansunrseau,lavaleurducourantdecourt-circuitest dautant plus faible que le dfaut est plus loign de la source. La protection maximum de courant est rgle un seuil Ir vrifiant la relation suivante : Iccmax (B)< Ir < 0.8 Iccmin (A) Une protection amprmetrique est dispose au dpart de chaque tronon. Son seuil est rgl une valeur infrieure la valeur du courant de court-circuit minimal provoqu par un dfaut sur la section surveille, et suprieure la valeur maximale du courant provoqu par un dfaut situ en aval (au del de la zone surveille). Figure 26: Principe de la slectivit Ampermtrique 54 II-Slectivit chronomtrique : Elleconsistedonnerdestemporisationsdiffrentesauxprotectionsmaximumde courant. Ces temporisations sont dautant plus longues que la protection est plus proche de la source. Figure 27: principe de la slectivit chronomtrique Le dfaut en D est vu par toutes les protections (A, B, C et D). Cependant la protection situe en D est active plus rapidement que les protections situes en C, B et A. Ir(A) > Ir(B) > Ir(C) > Ir(D) Slectivitchronomtriqueavecdesprotectionsmaximumdecouranttemps indpendant : La temporisation de la protection est constante et indpendante du courant. 55 Slectivitchronomtriqueavecdesprotectionsmaximumdecouranttemps dpendant : La temporisation de la protection est dautant plus petite que le courant est lev. 56 Ladiffrencetdestempsdefonctionnemententredeuxprotectionssuccessivesest lintervalle de slectivit, il comprend : Le temps de coupure des disjoncteurs tc, Les tolrances des temporisations t, Le temps de mmoire de la protection amont tm, Une marge de scurit. t doit satisfaire la relation suivante : t >= tc + tm + 2 t + marge Exemple : En valeurs maximales pour le relais Syam 2000 tc= 85 ms tm= 5ms t= 25 ms t est de lordre de 0.3 s ou parfois de lordre de 0.255s. III-Slectivit logique : Les slectivits ampremetriques et chronologiques ont des inconvnients :Si le nombre de protections en cascade est grand, le temps dlimination du dfaut le plus en amontestprohibitifetincomparableaveclatenuedesmatrielsaucourantdecourt-circuit. De plus, le courant de dfaut le plus lev est limin aprs la temporisation la plus longue. Lorsquundfautapparatdansunrseauenantenne,lecourantdecourt-circuit circule du point de dfaut jusqu la source : Les protections en amont du dfaut sont sollicites. Les protections en aval du dfaut ne sont pas sollicites. Seule la premire protection directement en amont du dfaut doit tre active. Dans le systme de slectivit logique, chaque disjoncteur est associ une protection apte mettreetrecevoirunordredattentelogique.Lorsquuneprotectionestsolliciteparun courant de dfaut : Elle met un ordre dattente logique la protection situe directement en amont 57 Elleprovoqueledclenchementdudisjoncteurassocisiellenapasreudordre dattente logique par une autre protection. Figure 28: Principe de la slectivit logique Lors dun dfaut en A : Les protections 1, 2, 3 et 4 sont sollicites. Laprotection1metunordredattentelogiqueverslaprotectionamontN2etun ordre de dclenchement au disjoncteur D1. LaprotectionN2metunordredattentelogiqueverslaprotectionN3etreoit lordredattentelogiqueprovenantdelaprotectionN2quiverrouillelordrede dclenchement du disjoncteur D2. LaprotectionN3metunordredattentelogiqueverslaprotectionamantN4et reoit lordre dattente logique provenant de la protection N2 qui verrouille lordre de dclenchement du disjoncteur D3. 58 LaprotectionN4reoitlordredattentelogiqueprovenantdelaprotectionN3qui verrouille lordre de dclenchement du disjoncteur D4. Le disjoncteur D1 limine le dfaut en A au bout de temps : tD1=t1 + tc (D1) Avec : t1 : temporisation de la protection N1. tc (D1) : temps de coupure du disjoncteur D1. Parsoucis,descurit,ladurelattentelogiqueestlimiteparexemple200msaprsla temporisation de la protection aval donnant lordre dattente logique. IV-Slectivit directionnelle : Dans un rseau boucl, o un dfaut est limin par les deux extrmits, il faut utiliser des protections sensibles au sens de circulation du courant de dfaut, pour pouvoirle localiseretlliminerdefaonslective.Onutilisepourceladesprotectionsmaximumdecourant directionnelles. Figure 29: principe de la slectivit directionnelle 59 D1-D2 : quips de protection maximum phase directionnel. D1-D2 : quips de protection maximum phase. Lorsquun dfaut apparat en A : Les courants de court-circuit Icc1 et Icc2 stablissent simultanment. LaprotectiondirectionnelleenD2nestpasactivecarelleesttraverseparun courant circulant dans un sens oppos son sens de dtection. LaprotectiondirectionnelleenD1estactivecarelleesttraverseparuncourant circulant dans le sens de sa dtection. Elle provoque le dclenchement du disjoncteur D1, le courant Icc2 est coup. Unsystmedinter-dclenchementprovoquelouverturedeD3,lecourantIcc1est coup. La protection en D4 nest plus active. Le tronon en dfaut est isol. 60 CHAPITRE II : LES REDUCTEURS DE MESURE I-Introduction : LespostesHTsontlesigedeperturbationslectriquesetlectromagntiques exceptionnelles,duesenparticulierauxmanuvresdesappareillages.Leslignessont exposes aux dcharges atmosphriques et transmettent les surtensions rapides correspondant aux quipements qui leur sont coupls. Les quipements chargs du comptage de lnergie et des la protection du rseau sont desdispositifsdemesureBTprcis,rapidesmaisdlicats,ilsutilisentdeplusenplusdes composantslectroniquesetsontfonctionnellementrelisdesautomatismesnumriques dontlafiabilitnestassurequeparlamiseenuvredansunenvironnementlectriqueet climatique sain. Lesgrandeursmesurablesparcesdispositifssontrelativementfaibleniveau,soit typiquementdelordrede1Apourlescourantsetde1000Vpourlestensions ;ellessont normalises,defaonlesrendreindpendantesdesrseaux,autorisantainsiune standardisation des quipements. Lecomptageeffectuenvuedelafacturationdoittreprcis.Uneincertitudedeun pourmillesurlapuissancede1140MWsetraduiteneffetauboutduneanneparun manque gagner de 10 GWh. Ncessit du transformateur de mesure : Ilestindispensabledutiliserundispositifintermdiaireentrelaligne(oulacble)etles quipements basse tension pour les deux raisons suivantes : Rductiondesvaleursdescourantsetdestensionsdesvaleurscompatibles avec les appareils de mesure et de protection. Dcoupagedecesappareilsvis--visdeshautestensions,permanentsou transitoires des rseaux. Cedispositifappelsouventrducteurdemesuredlivreuneimagefidledecourant(ou tension) en ligne. La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) dfinit la tension la plus leve pour le matriel comme la tension efficace entre phase la plus haute pour laquelle le matriel est spcifi et quil doit pouvoir supporter pendant une dure indfinie. 61 II-Les transformateurs de courant (TC) Ils fournissent un courant proportionnel au courant traversant le cble afin deffectuer un comptage de lnergie ou danalyser ce courant par un dispositif de protection. 1Rappel thorique : Figure 30: bobinage du transformateur de courant Circuit magntique : en alliage de fer. Primaire : peut tre bobin n1 spires et peut tre rduit un simple conducteur n1=1. Ip : courant primaire. Is courant secondaire.

Figure 2: courbe de magntisation en fonction de linduction magntique B. Rgime normal B non satur (1) : Le courant Im est trs faible et peut tre nglig B BsatdonclecourantImdevienttrsimportant.Letransformateurdecourantsatureetle courant Is chute lorsque Im croit.Ip/n+Is=Im Figure3: volution du courant primaire Figure 4: volution du courant secondaire Remarque1:La qualit du TC est lie la valeur de la permabilit relative r du circuit magntique (r = 1000 pour le fer). r devient trs faible lorsque linduction B dpasser linduction magntique de saturation Br. Poureffectuerunemesurecorrectducourant,ilfautviterlasaturation.Laconditionest B(%Imax) [30%ActivV< barre morte(V)13 Ii>(%Imax) [10%ActivTension diff.(V)10 Imaxligne>(A) [Imaxligne > In] 10 Frquence diff.(Hz)0.10 delta IActivDiff. Phase()20 Tempo dverrouillage(s)30Tempo barre-ligne 100 secZones bloques11111 GROUPE 1 REENCLENCHEUR GROUPE 1 --PROT.AMPERParamtreValeur ParamtreValeurMode monophas1 Cond. Par FF[A raliser avec PSL] NONTempo 1er cycle M(sec)1.5 Protection I>1 Temps constant Tempo de blocage(sec)60.00 Direction I>1 non-directionnel Tps ordre ferm(sec)0.10 Seuil I>1(/In)1.6In Tps de discrimination(sec) 1.00 Tempo I>1(sec)1.5Fentre inhibition(sec)5.00 treset I>1(sec)0Blocage ARS11111111111110 Protection I>2Hors service Etat I>3DsactivGROUPE 1 -- PROT. VOLT Etat I>4DsactivParamtreValeur Mode V< & V>0001 GROUPE 1 -- SUPERVISIONMode mesure V