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Protection des réseaux Moyenne Tension SOMMAIRE - Introduction - Défauts sur les réseaux électriques : types – causes – conséquence - Limitation du courant de court-circuit à la terre : mise à la terre directe –à travers une résistance (RPN) – à travers une inductance - Choix de la valeur du courant de défaut franc à la terre : détermination du RPN (Exemple de calcul) - Protection sélective des départs M.T en antenne : principe d’élimination du défaut, différents type de défauts - Réalisation d’un ensemble de protection - Caractéristiques des transformateurs de courant - Réglage des protections des réseaux M.T - Les réenclencheurs : rapide – rapide plus lent – rapide plus deux lents – diagramme de fonctionnement. - L’élimination des terres résistantes - Le disjoncteur shunt, association du disjoncteur shunt avec le réenclencheur - Interrupteur aérien à coupure dans le creux de tension (I.A.C.T.) - Mise en régime spécial d’exploitation pour travaux sous tension - Protection spécifique pour les câbles souterrains - Protection des départs en parallèle - Annexe I : exemples de réglage des protections - Annexe II : ordre de grandeur des capacités homopolaires (C 0 ) et des courants de capacités résiduels ( 3I 0 ) - Annexe III : réglage minimal des relais de phase des protections de l’arrivée et de liaison transformateur- tableau - Annexe IV : schémas de deux type de protection : PAKS et ITDG7000 (statique) - Annexe V :schéma de fonctionnement de L’I.A.C.T. - Bibliographie 1

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Protection des réseaux Moyenne Tension

SOMMAIRE

- Introduction- Défauts sur les réseaux électriques : types – causes – conséquence - Limitation du courant de court-circuit à la terre : mise à la terre directe –à travers une

résistance (RPN) – à travers une inductance- Choix de la valeur du courant de défaut franc à la terre : détermination du RPN (Exemple de calcul)- Protection sélective des départs M.T en antenne : principe d’élimination du défaut,

différents type de défauts- Réalisation d’un ensemble de protection- Caractéristiques des transformateurs de courant- Réglage des protections des réseaux M.T- Les réenclencheurs : rapide – rapide plus lent – rapide plus deux lents – diagramme de

fonctionnement.- L’élimination des terres résistantes- Le disjoncteur shunt, association du disjoncteur shunt avec le réenclencheur- Interrupteur aérien à coupure dans le creux de tension (I.A.C.T.)- Mise en régime spécial d’exploitation pour travaux sous tension- Protection spécifique pour les câbles souterrains- Protection des départs en parallèle- Annexe I : exemples de réglage des protections- Annexe II : ordre de grandeur des capacités homopolaires (C0) et des courants de capacités

résiduels ( 3I0 ) - Annexe III : réglage minimal des relais de phase des protections de l’arrivée et de liaison

transformateur- tableau- Annexe IV : schémas de deux type de protection : PAKS et ITDG7000 (statique)- Annexe V :schéma de fonctionnement de L’I.A.C.T. - Bibliographie

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Protection des réseaux Moyenne Tension

INTRODUCTION.

Le critère principal de bon fonctionnement des différents réseaux, est la continuité de fourniture.

Le programme de protection des réseaux s’attache donc à diminuer le nombre des perturbations, à limiter leur durée, et à accélérer au maximum la reprise du service normal.

Les protections électriques ont pour rôle de détecter un défaut d'isolement et de commander 1"élimination des tronçons de réseau sur lequel le défaut est apparu.

Les défauts d’isolement se traduisent par : des surintensités, des chutes de tension et (si le défaut est déséquilibré) l'apparition de composantes inverse et homopolaire des tensions et des courants.

Ces critères, qui sont utilisés comme grandeurs d'influence des protections, peuvent prendre des valeurs très différentes selon le type de défaut: monophasé, biphasé, biphasé à terre, triphasé ....

Pour un défaut monophasé, la valeur de la composante homopolaire du courant ou de la tension dépend essentiellement du régime du neutre du réseau, de l'emplacement et de la résistance du défaut.

Le courant homopolaire peut varier suivant les circonstances, de plusieurs milliers d'ampères à quelques ampères en cas de défaut résistant.

Pour les défauts polyphasés, la résistance du défaut est généralement négligeable. La valeur de la surintensité correspondante, qui est limitée presque uniquement par l'impédance du réseau en amont du défaut, est toujours de valeur élevée.

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DEFAUTS SUR LES RESEAUX

Les défauts qui affectent les réseaux sont :

- Les courts-circuits ;- Les surtensions ;- Les surcharges ;- Les oscillations ;- Les déséquilibres.

1- LES COURTS-CIRCUITS :

1.1- CAUSES: Lignes aériennes :

Coup de foudre, humidité (brouillard, rosée) dépôts conducteurs sur les isolateurs( charbon , sel ) , surtensions engendrées lors de certaines manœuvres , jet de pierres , chutes de branches , balancement de conducteurs , rupture de manchons de raccordement ,...

Lignes souterraines :

Mouvement de terrain, coup de pioche, infiltration d’humidité ….

1.2- CONSEQUENCES :

Soit une ligne alimentant un transformateur monophasé . Le courant nominal maximum dans le primaire sera :

IN = P/U = 300 000 / 3 000 = 100 A

Dans la cas d’un court-circuit en A’B’,Le courant n’est limité que par l’impédanceDe la ligne et il devient sensiblement égal à :

Id = U / Z = 3 000 / 0,3 = 10 000 A

Notons toutefois que le courant est moindre, Car la tension baisse aux bornes AB.

Cependant, si la puissance du réseau alimentant ce transformateur est importante, (impédance faible de la partie amont) le courant peut approcher cette valeur.

Le courant de court-circuit dépend donc uniquement des caractéristiques du réseau situé en amont du défaut.Les conséquences d’un tel courant sont multiples :

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B

A

220 V

Z ligne = 0,3 Ω 300 kVA

3000 V

A

B B

A

250 m

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1.2.1-SURINTENSITE :

- chaleur de l’arc à l’endroit du court-circuit (incendie , fusion de métaux , carbonisation des Isolants) ;- Echauffement des conducteurs concentré sur les points faibles, (manchons - mâchoires de

sectionneurs) ;- Effet électrodynamique entre les conducteurs et les galettes du transformateur.

1.2.2-CHUTE DE TENSION :

Les appareils branchés au voisinage du court-circuit, subissent des baisses de tension gênantes entraînant l’extinction des lampes, le décrochage des moteurs synchrones, la rupture de synchronisme entre les centrales.

2- LES SURTENSIONS :

2.1- CAUSES :

- Contact avec une ligne de plus forte tension ;- Coupure brutale d’une ligne ;- Capacité des longues lignes à vide ;- Coups de foudre directs ou indirects

2.2- CONSEQUENCES :

- Vieillissement des isolants et claquage ;- Surcharge des lignes en cas de durée prolongée ;- Amorçage de court-circuit en cas de claquage des isolants.

3 - LES SURCHARGES :

3.1- CAUSES :

- Courts-circuits résistants ;- Couplage difficiles, démarrage de moteur ;- Report de charge sur une ligne ou une machine, lors de la coupure de la parallèle.

3.2- CONSEQUENCES :

- Effets calorifiques ;- Effets déjà exposés pour les surintensités dues aux courts-circuits.

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4 - LES OSCILLATIONS :

4.1- CAUSES :

- Elles sont produites lors de manœuvres ou de déclenchements sur les réseaux de distribution Ce sont des phénomènes transitoires. Les alternateurs subissent des variations de charge, brutales et le rotor, au lieu de se décaler de l’angle correspondant à cette variation, n’atteint sa phase définitive qu’au bout d’un certain nombre d’oscillations qui vont en s’amortissant.

- Un faux couplage produit des effets analogues.

4.2- CONSEQUENCES :

- Perte de synchronisme des alternateurs ;- Surintensité et baisse de tension périodique sur les réseaux ;- Variation de vitesse des moteurs ;- Clignotement des lampes ;- Contraintes mécaniques des alternateurs et des turbines.

5- LES DESEQUILIBRES :

5.1- CAUSES :

- Coupure d’une bretelle sans mis à la terre ;- Pôles de sectionneurs ou de disjoncteurs laissés ouverts.

5.2- CONSEQUENCES :

- Vibrations et échauffement anormaux des moteurs et des alternateurs ;- Lampes alimentées anormalement ;- Dans les réseaux HT ne comportant que 3 fils, la somme des courants n’est plus nulle. Un

courant de retour passe dans le sol par le neutre des transformateurs et induit des tensions dangereuses dans les câbles de télécommunication voisins. En outre ce courant de retour produit dans l’appareillage, des courants de circulation engendrant des échauffements anormaux.

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LIMITATION DES COURANTS DE COURT - CIRCUIT A LA TERRE

La limitation du courant de défaut à la terre est obtenue par mise en série dans le circuit de défaut d'une impédance. L'utilisation de résistances est une solution qui amortit les oscillations lors de l'élimination des courts-circuits mais n'est pas favorable pour la surtension des phases saines.

Par contre l'utilisation d'une réactance limite les surtensions des phases saines, mais provoque des surtensions à l'élimination du défaut.

L'intensité du courant de défaut à la terre sur le jeu de barres MT d'un poste HT/MT dépend essentiellement :

- de la puissance du transformateur HT/MT - du couplage de ce transformateur, - du mode de liaison du neutre à la terre.

Pour un transformateur donné, la puissance et le couplage constituent des éléments fixes. La seule variable sur laquelle on agit pour réduire le courant de défaut est donc l'impédance du circuit de mise à la terre.

1- MISE A LA TERRE DIRECTE DU NEUTRE.

Il faut que le neutre MT du transformateur soit accessible, ce qui suppose un couplage Δy neutre sorti ou Yy neutre sorti.

La réactance du transformateur HT/MT doit être suffisante pour limiter convenablement les courants de défaut ce qui suppose un appareil de faible puissance.

La valeur du courant de défaut franc à la terre sur le jeu de barres MT du transformateur HT/ MT est donnée par l'expression:

3E j = Zdt+ Zit + Zot

Avec: Zdt : l'impédance directe du transformateur. Zit : l'impédance inverse du transformateur. Z0t : l'impédance homopolaire du transformateur. E : tension simple MT.

2 - MISE A LA TERRE DU NEUTRE A TRAVERS UNE RESISTANCE (R - P - N)

Insérées entre le neutre de l'enroulement secondaire du transformateur HT/MT et la terre du poste source, ces résistances sont définies pour limiter le courant de défaut phase -terre à une valeur acceptable du point de vue de la sécurité, tout en permettant aux dispositifs de détection ampère métriques d'assurer leur fonction.

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Les résistances de point neutre sont généralement utilisées dans le cas de réseaux peu capacitifs c'est à dire aériens ou de faible étendue.

Les principales caractéristiques des R-P-N utilisées sur les réseaux ruraux aériens 30KV sont :

* Tension assignée : 30/ √3 KV.* courant traversant I=300A sous pleine tension simple ( R ≤ 40 Ω ) durant un temps t ≤ 5 secondes.

Cette solution s'applique lorsque la réactancepropre du transformateur est insuffisante pour limiter le courant de défaut et lorsquele neutre est accessible.

En désignant par R la résistance intercalée dans le circuit du neutre, la valeur du courant de défaut franc à la terre sur le jeu de barres MT du transformateur HT/MT serait :

3E j = ----------------------- Zdt + Zit + Zot + 3R

Généralement Zdt + Zit + Zot « 3R si le mode de couplage du transformateur est ΔY

D'où: 3 E E J = ----- = ----- 3R R

3 - MISE A LA TERRE DU NEUTRE A TRAVERS UNE INDUCTANCE

3E J = ------------------------ Zdt + Zit +Zot + 3R

MISE A LA TERRE DU NEUTRE AU MOYEN DE ( B - P - N ):

On utilise généralement une bobine â couplage zig - zag. Cette solution s'applique lorsque le neutre du transformateur, HT/MT est inaccessible.

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RSecondaire du transfo. HT/MT

Défaut à la terre

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Les B-P-N sont destinées à compenser de façon forfaitaire le courant capacitif du réseau qu'elles équipent, ces impédances sont fréquemment réalisées au moyen d'un transformateur triphasé comportant un enroulement primaire couplé en zig - zag dont le neutre sorti est relié à la terre , et accessoirement un enroulement secondaire basse tension permettant l'alimentation d'auxiliaires de poste.

Les deux demi enroulements du couplage zig -zag ayant le même nombre de spires, les flux produits par ces deux demi - enroulement d'une même colonne sont égaux et opposés, ce qui donne théoriquement un flux résultant nul. En pratique ce flux existe et est de valeur faible : il est dit flux de fuites .

L'intérêt du couplage zig - zag est de présenter une impédance directe élevée (ce qui limite les courants absorbés en situation normale du réseau ) , et une impédance homopolaire faible , dont dépend directement le courant du neutre en cas de défaut phase terre.

Les B-P-N à enroulement zig - zag , immergées dans l'huile minérale, couramment utilisées sur les réseaux urbains ont pour caractéristiques :

* tension assignée MT 30KV;

* courant dans le neutre sous défaut phase -terre franc 1000A pendant

un temps t ≤5secondes .

Le courant de défaut J circule grâce à la réactance de fuites totales et a pour expression , pour un défaut franc à la terre sur le jeu de barres du poste :

3E J = --- - Xo : réactance homopolaire par phase. Xo

4 - CHOIX DE LA VALEUR DU COURANT DE DEFAUT FRANC A LA TERRE

Le choix résulte d'un compromis entre diverses exigences. La limitation du courant de défaut franc à la terre à une valeur assez faible permet de réduire.

- les contraintes électrodynamiques du matériel ; - les phénomènes d'induction sur les lignes des P.T.T. - L'élévation du potentiel de la prise de terre des masses en cas d'amorçage dans un poste MT / BT Par contre, on adopte une valeur un peu plus élevée dans le but de.

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1

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Bobine du point neutre

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réaliser des protections sensibles à tous les défauts possibles ; réduire les surtensions provoquées par l'élimination des défauts biphasés et

monophasés à la terre ayant lieu par induction ; adopter une même valeur pour les réseaux aériens et mixtes .

Après évaluation de toutes ces exigences, on a retenu comme valeur du courant de défaut franc à la terre sur le jeu de barres MT du poste HT/ MT :

1000A pour les réseaux souterrains ; 300A Pour les réseaux aériens et mixtes .

5 - DETERMINATION DES R - P - N (EXEMPLES DE CALCUL )

5.1- Valeurs des impédances :

- Impédance réduite (exprimée en %):

Impédance très souvent utilisée dans les calculs des courants de court-circuit . Une impédance Z a une valeur de z pour cent si la chute de tension due au passage du courant nominal In dans cette impédance, rapportée à la tension simple assignée Vn , vaut :

z / 100 = Z In / Vn

Cette expression, valable pour un circuit phase -terre , peut être transformée en introduisant la puissance apparente assignée triphasée Sn de l'appareil considéré, ainsi que la tension composée assignée Un.

z / 100 = Z. In / Vn = Z In √3 x √3 Vn / 3Vn2

z / 100 = Z. Sn / Un2

L'intérêt de cette expression relative des impédances réside dans le fait que l'ordre de grandeur est conservé pour tous les appareils et machines de même type.

Impédance réelle:

Réciproquement, connaissant la valeur relative z % d'un élément, on tire la valeur de l'impédance (en Ohms) sous la tension Un , soit :

Z = z.Un2 / 100. Sn

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5.2- Puissance et courant de court-circuit :

On utilise couramment la notion de puissance de court-circuit triphasée en un point du réseau ; notée Pcc elle a pour expression :

Pcc = 3.Vn.Icc = 3.Vn2 / Zd avec Icc = Vn / Zd

ou encore : Pcc = Un2 / Zd ↔ Zd= Un2 / Pcc

Pcc s'exprime en MVA si :

- Un ou Vn en kV; - l'impédance équivalente du réseau dans le système direct, Zd est exprimée en Ohms ; - Icc en KA.

5.3 - APPLICATIONS AUX CALCULS DES R - P - N :

La détermination des R-P-N dépend essentiellement des couplages des transformateurs HT/ MT . Il faut alors déterminer le courant de court-circuit franc monophasé I cc sur le jeu de barres MT sachant que le neutre est directement relié à la terre. Une fois le calcul fait, on déterminera la R-P-N qui limitera le IccM a :

- 300 A pour les lignes aériennes et mixtes ; - 1000 A pour les réseaux souterrains .

Exemple N° l :

Soit un transformateur 60/15KV de I0 MVA et de réactance directe 7,5% .Son couplage est ∆y. Déterminer la valeur du courant de défaut franc à la terre sur le jeu de barres MT ainsi que la valeur de la R-P-N de mise à terre lors d'une limitation du courant de défaut à 300 A.

N.B :

Pour simplifier , dans les calculs qui suivent , on ne considère que la partie inductive de l'impédance , symbolisée par l'opérateur complexe " j ".

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Défaut monophasé le plus proche du neutre MT

BARRES MT

HT/ MTRéseau HT

Départ MT

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Si le neutre est directement relié à la terre l'expression du courant monophasé serait :

3E j = ----------------- = 3E / 3Zd = E / Zd , car Zdt = Zit = Zot

Zdt + Zit +Zot

Zdt = Zot (pour un couplage triangle -étoile)

Zot = Z dt = x.U2 / 100. Sn = 7,5x 152/ 100x 10 = j 1,7 Ω

Le courant de défaut aura donc pour valeur :

J = E / Zdt = 15000 √3 // j 1,7 d'où : J = 5100 A.

Nous constatons que ce courant est très élevé. Nous avons déjà mentionné que ce courant ne dépasserait pas 300A au secondaire du transformateur .La résistance de limitation aura pour valeur telle que :

J = E / (Zdt + R ) R = E / J – Zdt 1 R 1 = 28,8 Ω

Exemple N°2:

Considérons le même exemple que précédemment seulement avec un couplage étoile -étoile. Dans ce type de couplage l'impédance hmopolaire de ce transformateur est de 10 fois son impédance directe/

Z0t = 10. Zdt (transformateur à flux forcé) = l0 x j 1,7 = j 17 Ω

Pour un défaut franc : 3 E J = --------------- Zdt = Zit = Z0t / 10 Zdt+Zit+ Z0t

Dans ces conditions on pourra négliger Zdt et Zit devant Z0t :

J = 3.E / Zot = 3x 15000 / √3 // j 17 = 1528 A

Si on ne néglige pas les impédances : 3 E 3 x 15000 / √3 J = --------------- = ---------------------- = 1273 A Zdt+Zit+ Z0t j 1,7 +j 1,7 + j 1,7

La résistance de limitation serait :

R =E / J – J ( Zdt + Zit+Zot ) R =15000/ √3 // 300 - j20,4 = ( 28,87 - j20,4)

I R I = 35,345 Ω

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PROTECTION SELECTIVE DES DEPARTS MT EN ANTENNE

1 - Principes d'élimination des défauts:

Ces principes sont en nombre de trois

- Un réseau ne doit jamais être maintenu sous tension après l'apparition d'un défaut, même si celui -ci n'empêche pas la distribution de l'énergie.

- Un réseau doit comporter deux systèmes de protection , l'un contre les défauts entre phases , l'autre contre les défauts à la terre .

- Les protections contre les défauts entre phases ne doivent jamais être considérées comme des protections contre les surcharges .

2 - DIFFERENTS TYPES DE DEFAUTS

Les diverses situations possibles des défauts par rapport aux conducteurs sont :

Les défauts peuvent être classés en fonction de leur persistance . De ce point de vue on groupe les défauts en quatre catégories :

- Auto-extincteurs : De très faible durée , il disparaissent d’eux mêmes sans qu’il soit

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Ph1

Ph2

Ph3

T

Défauts entreConducteurs de phase( défauts polyphasés)

Défauts entre plusieurs Conducteurs de phase et la terre( défauts polyphasés à la terre )

Défauts entreConducteurs de phase( défauts polyphasés)

Page 13: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

nécessaire de couper le départ.- Défauts fugitifs : disparaissent après une coupure très brève de l’ordre de 0,3 seconde ( amorçage avec arc ) .

- Défauts semi - permanents : ne disparaissent que si le départ est coupé pendant plusieurs secondes ( branchette entre conducteurs par exemple ) .

- Défauts permanent : nécessitent l’intervention humaine . Leur durée ne dépend que de la rapidité de cette intervention .

Ces défauts ne se produisent pas à la même fréquence , car les statistiques donnent la répartition suivante :

- Auto-extincteurs : 5 %- Fugitifs :70 % à 80 %

- Semi- permanents : 05 % à 15 % - Permanents : 05 % à 15 %

Ces chiffres justifient l’utilisation d’appareils automatiques qui coupent les départs affectés le temps nécessaire à l’élimination des défauts non permanents .

3 - PRINCIPE DE PROTECTION D’UN DEPART MT :

3.1- Défauts polyphasés ( entre conducteurs de phases ):

La protection s'effectue pour chaque départ MT à l'aide de deux relais à maximum de courant montés au secondaire de deux TC placés sur deux phases .

La troisième phase se trouve protéger par ces deux relais car tout défaut polyphasé intéresse au moins deux phases .

Schéma de principe:

Relais de phase 1Relais de phase 2

Quand un défaut entre deuxConducteurs de phase apparaît ,Selon la situation du défaut , l’un,L’autre ou les deux transformateursDe courant ( TC ) sontParcourus par la surintensitéDu courant de défaut .

Cette surintensité fait fonctionnerle ,ou les relais à maximumde courant ( RMA) quicommandent le relais de temporisation ( RT ) .

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TC

TC

R2R1

RT

+

_

RMA RMA

Déclenchement disjoncteur

Page 14: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

C’est le RT qui met en marche la signalisation et qui provoque l’ouverture du disjoncteur.

3.2- DEFAUT ENTRE CONDUCTEURS DE PHASE ET TERRE :

Elle s'effectue à l'aide d'un seul relais à maximum de courant homopolaire ( plus sensible que le relais de phase ) monté dans le circuit du neutre des trois TC.

Schéma de principe :

TC

RMA1 : relais de phase 1 RMA2 : relais de phase 2RMAh : relais homopolaire.

+

_

- Dans ce cas un 3ème TC est nécessaire.

- Un 3ème RMA , branché cette fois sur le conducteur commun au secondaire des TC , détecte le déséquilibre des courants de phase qui se produit lors des défauts à la terre.

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TC

TC

RMARMA

RMAHomop.

RT

Déclenchement disjoncteur

I1

I2

I3

I1 + I2 + I3

Page 15: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

REALISATION D’UN ENSEMBLE DE PROTECTION

Le schéma ci-après , constitue le schéma guide à partir du quel les différents constructeurs ont réalisé les ensembles de protection des réseaux M.T à neutre à la terre .

A et B désignent les relais de courant de phase , C le relais de courant homopolaire et D le relais de temps ( réglage de 0,3 à 3 secondes ) .

Les contacts instantanés des relais A , B , C sont associés en parallèle et assurent simultanément :

- La mise en route par la borne b du dispositif de réenclenchement rapide ,

- L’excitation du relais D qui donne par la borne C l’ordre de déclenchement temporisé .

Il y a lieu de noter que les relais de courant de phase sont munis d’un second contact instantané destiné à fournir une indication de surintensité lorsque l’ensemble de protection est utilisé non plus sur un départ MT , mais sur une arrivée transformateur .

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1

3

5

2

4

6

A

B

C

a e

A2 B2

DD1

A1 B1 C1

( + )

( - ) b d c fCircuit de mesure

Circuit à courant continu

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CARACTERISTIQUES DES TRANSFORMATEURS DE COURANT :

Les TC doivent avoir une intensité nominale primaire au moins égale à l'intensité la plus élevée susceptible de les traverser en régime normal, de plus ils doivent être en mesure de faire face à l'accroissement de la charge au cours des années à venir.

Leur calibre In ne doit pas être trop supérieur au courant normal de charge Ich du départ . Compte tenu de ces divers impératifs , il est raisonnable de prendre :

ln = 1.5 lch

Les calibres nominaux primaires les plus couramment utilisés sont: 100 A – 300 A – 500 A.

Les courants de court-circuit résultant de défauts ne doivent pas entraîner la détérioration des TC; pour cela , la classe de surintensité choisie pour ces derniers est :

L surintensité = 80.ln

Les relais alimentés par les TC ne doivent pas être traversés par des courants trop importants lors du passage d'une intensité élevée dans les phases du réseau ; il est donc nécessaire que les TC se saturent rapidement de façon à limiter leur courant secondaire .

1 - Classe de précision :

C'est la désignation appliquée à un transformateur de mesure dont les erreurs restent dans les limites spécifiées , pour des conditions d'emploi spécifiées.

- cl = 0,1 correspond aux transformateurs de mesure spéciaux : laboratoire ou comptage entre réseaux et producteurs à des centaines de MW.- cl = +0,2 Mesure industrielle , comptage de précision.- cl = 0,5 Universellement employée dans les installations courantes de comptage.- cl =1-3-5 Pour appareils indicateurs ou protection.

Classe protection :

Pour les transformateurs de courant, les classes sont définies par l'erreur composée ou totale, suivi de la lettre P et de la limite supérieure de validité de cette classe; exprimée en multiple de In (facteur limite). Exemple: cl 5P20 cela veut dire que l'erreur ne doit pas excéder 5% jusqu'à 20In.

2- Puissance de précision

C'est la puissance que peut débiter un transformateur de mesure à son secondaire tout en satisfaisant aux conditions de précision définies par sa classe . Le choix se fait en fonction de la consommation des appareils raccordés aux secondaires. Ces valeurs de consommation sont fournies par le constructeur d'appareils de mesure.

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Page 17: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

3- Influence des caractéristiques des T.C et de la consommation du relais sur le réglage

Les T.C utilisés sur les départs M.T avaient une puissance de précision P de 30 VA ; de plus , les relais de courant homopolaire ont une consommation voisine en moyenne de 0,15 VA.

Si l’on ramène cette consommation par unité de temps ( autrement dit cette puissance ) au courant nominal du transformateur de courant égal à 5 A , on peut écrire , en désignant par I le seuil de fonctionnement du relais :

P = 0,15 x ( 5/I )2 = 30 d’où : I2 = 0,125 et : I = 0,35 A

Ce résultat montre qu’avec le matériel dont on dispose , le seuil de fonctionnement du relais de courant homopolaire ne peut guère être inférieur à 0,3 A , ce qui correspond à :

0,3 / 5 x 100 = 6% du courant nominal du T. C.

Cette valeur se trouve en M.T ; si , par exemple , le rapport des T.C employés est 100/5 , il ne faut pas chercher à détecter des défauts d’intensité inférieure à 6 A , c’est-à-dire dont la résistance dépasse 1500 dans le cas d’un réseau 15 KV .

Dans ces conditions , si le courant de capacité jc du départ considéré est inférieur à 6A , il faudra malgré tout régler le relais de courant homopolaire à 6A ; en réalité , il sera prudent de prendre 1,2 fois cette valeur pour être assuré du bon fonctionnement du relais.

Finalement , le courant de réglage IR d’un départ doit être légèrement supérieur ( 1,2 fois environ ) à la plus grande des deux valeurs : jc ( Un ) ou 6% In , en appelant In l’intensité nominale primaire des T.C .du départ .

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Page 18: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

REGLAGE DES PROTECTIONS DES RESEAUX MT.

1- Domaine d'application:

Ces réglages de protection s'appliquent aux réseaux MT:

* exploités de façon radiale ;* dont le neutre est mis à la terre par l'intermédiaire d'une résistance ou une impédance de limitation ; * alimentés par des transformateurs HT/MT.

2- Caractéristiques générales des protection:

Les protections exposées dans cette première partie de ce fascicule seront destinées à la sélection et à l'élimination des défauts d'isolement de toute forme (monophasé et polyphasé elles ne saurait tenir lieu de protection de surcharge qui serait assurée par d'autres dispositifs (protection thermostatique , relais de protection statique à deux seuils de réglage: PAKS 2000 relais TA5320R ...).

2.1- Principe de réglage:

Les relais de mesure des protections doivent détecter tous les défauts d'isolement survenant sur la fraction du réseau qu'ils doivent surveiller ou du moins présenter la plus grande sensibilité possible sans risque de fonctionnement intempestif .

En principe , lorsque des protections sont placées en cascade ; la sélection de l'élément de réseau en défaut s'effectue par le temps . On est contraint , pour tenir compte de I max aux différents échelons et des erreurs des TC et des relais de mesure , à adopter des seuils d'intensité augmentant d'aval en amont.

Lorsque des protections sont placées en cascade , la protection amont constitue un secours pour la protection avale.

3 - REGLAGES DES PROTECTIONS D'UN DEPART MT.

3.1 - Réglage des relais ampère métriques de phase :

Principe:

L'intensité de réglage Ir du relais à maximum de courant doit être inférieur à l'intensité I ccb du courant de court-circuit biphasé apparaissant à un point du départ pour lequel l'impédance de court-circuit est la plus grande, compte tenu des régimes de secours normaux voire exceptionnels.

Ir ≤ 0,8 Iccb

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Protection des réseaux Moyenne Tension

Ir doit être choisie supérieur à l'intensité du courant admissible dans le départ qui peut dépendre :

- du calibre de ses TC ( Intc ) ou du courant maximal de la ligne ou du câble ( I câble ,ligne ) ; - éventuellement du courant maximal admissible dans les dérivations.

Bien entendu , l'intensité de réglage Ir doit être choisie supérieure à l'intensité du courant de pointe Ip appelé par le départ .Avec toutes les conditions citées réalisées on aura :

Ip < I câble ,ligne < Intc < 0,8Iccb

Par suite des possibilités de surcharge des TC , il est généralement possible de prendre :

1,3 Intc < Ir < 0,8 Iccb

NB. Il est toujours souhaitable , quel que soit le type de relais , d'éviter d'utiliser les valeurs extrêmes des plages de réglage.

Dans les réseaux à forte densité industrielle , l'élimination d'un défaut HT ou MT ayant provoqué une chute de tension importante , est suivie d'une surintensité dans tous les départs , correspondant à l’appel de courant des moteurs qui sont restés raccordés au réseau MT.

On doit adopter un réglage aussi voisin que possible de 0,8 à 0,85 Iccb.

Calcul de I ccb:

Les défauts biphasés ayant une résistance négligeable , l'intensité est limitée par les impédances des éléments du réseau. L'expression complexe du courant de court-circuit Iccb sera :

E.√ 3 Iccb = ----------------------------- 2[ RL+j ( XHT+HT+XL) ]

Le module de Iccb sera :

Un Iccb = ---------------------------------- 2 √ RL

2 + ( XHT + XT + XL)2

Un : étant la tension composée du réseau MT exprimée en volt , RL , XHT , XT , et XL respectivement les impédances, exprimées en Ohms, définies comme l'indique la figure

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Protection des réseaux Moyenne Tension

ci -dessous:

XHT XT RL XL

Impédance du réseau H.T. ramenée en MT :

Scc étant la puissance de court-circuit minimale ( cas d'une seule ligne H.T .en service par exemple ) sur le jeu de barres H.T. XHT ( Ώ ) = Un 2 ( kV ) / Scc ( MVA )

Impédance du transformateur HT/MT:

Ucc étant sa tension de court-circuit , Sn sa puissance nominale :

Ucc Unt2 ( kV )

XHT ( Ώ ) = ------- ---------------- 100 Sn ( MVA)

Unt tension nominale secondaire du transformateur :

* 10,5 KV pour les réseaux l 0 KV * 16,5 KV pour les réseaux 15 KV * 21 KV pour les réseaux 20 KV * 33 KV pour les réseaux 30 KV

Impédances des canalisations:

Les résistances kilométriques par phase d'un conducteur de section s est donnée par les expressions approximatives suivantes :

- Cuivre: R (Ω)= 18 / s (mm2) - Aluminum : R (Ω) = 30 / s (mm2) - Almelec : R (Ω) = 33 / s (mm2)

ligne haute tension Départ moyenne tensionTransformateur HT/MT

Pont pour lequel l‘impédancede court circuit est la plus grande

20

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Protection des réseaux Moyenne Tension

- Aluminium Acier : R (Ω) = 36 / s (mm2)

La valeur de la réactance kilométrique par phase est approximativement :

- X (Ω / km ) = 0,4 pour les lignes aériennes - X (Ω / krn ) = 0, l environ pour les câbles souterrains (des valeurs plus précises sont données par le constructeur).

NB. Si le départ comporte des autotransformateurs , les impédances situées à l'avales doivent être multipliées par le carrée du rapport de transformation du transformateur.

3.2 - Réglage du relais de courant homopolaire :

Principe:

Lorsqu'un départ est le siège d'un défaut monophasé , son relais homopolaire est traversé par un courant Mo qui varie en première approximation , en raison inverse de la résistance de défaut . L'intensité de réglage lor du relais doit donc être la plus faible possible afin de pouvoir détecter des défauts dont la résistance est la plus grande possible .

Toutefois afin d'éviter des fonctionnements intempestifs provoqués par la fausse composante homopolaire due à la dispersion des caractéristiques des TC en l'absence de défaut, et compte tenu de la consommation des relais, le réglage ne peut être inférieur à 6% du calibre des TC.

En outre , le réglage Ior doit être supérieur à la valeur du courant résiduel 3Io lorsqu'un défaut franc apparaît sur un autre départ :

Ior ≥ k (3Io) avec k > 1 et dépend du type de relais de protection ( pourcentage de retour).

Remarque:

Des courants transitoires homopolaires importants se superposent au courant capacitif 3Io lorsqu'un défaut monophasé franc apparaît sur un autre départ .

Ce courant transitoire est en général amorti au bout de 10 ms , mais sa valeur de crête peut atteindre 10 fois la valeur efficace du courant capacitif 3Io ; sa fréquence , de l'ordre de quelques centaines de Hz, dépend des caractéristiques de l'ensemble du réseau et son amplitude maximale varie avec l'instant d'apparition du défaut par rapport à l'onde de tension.

Par suite , les relais homopolaires des départs sains peuvent agir sous l'action des courants transitoires et rester à l'état de travail du courant capacitif 3Io.

On peut donc rencontrer dans le cas d'un réglage trop faible de la protection homopolaire des déclenchements intempestifs sur des départs sains traduits par le schéma suivant :

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Protection des réseaux Moyenne Tension

Au moment où le défaut phase -terre apparaît les tensions entre phase et terre du départ sain sont déséquilibrées . La tension V l de la phase avariée est nulle , les tensions simples des deux autres phases V2 et V3 ont pour amplitude la tension composée U et elles sont déphasées entre elles de 60°; le courant mesuré par le relais de courant homopolaire est dans ces conditions :

3Io = I√3 avec I = U Co ω. Co étant la capacité d'un conducteur du départ par rapport à la terre .

De ce fait , la résultante des courants capacitifs peut atteindre des valeurs relativement importantes.

Or , nous savons que le rôle de la protection homopolaire est d’agir quand la résultante des courants de phases n’est pas nulle.

Si le seuil de réglage de cette protection est inférieur au courant capacitif résultant , elle fonctionnera bien que le départ soit sain .

Courant capacitif résultant

Ph1

Ph2

Ph3

Ph1

Ph2

Ph3

Protection départ sain

Protection départ défectueux

défaut

Potentiel terre = potentiel phase1

V

A

22

Page 23: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Remarques :

- Les capacités sur départ souterrain sont beaucoup plus importantes que sur départ aérien de l’ordre de 100 fois au kilomètre .

- C’est dans le cas de départs mixtes ( aérien plus souterrain ) que ce réglage pose le plus de problème .

- Le tableau donné en annexe indique les valeurs moyennes des capacités homopolaires Co et des courants de capacités résiduels des divers types de canalisations .

Les valeurs réelles de ces grandeurs peuvent s'en écarter de 10% pour des causes diverses: présence de transformateurs MT/BT par exemple (un transformateur MT/BT est équivalent du point de vue capacitif à 200 à 300m de ligne aériennes) ...

3.3 - Cas particulier des réseaux comportant des autotransformateurs :

Dans le cas de réseau comportant des autotransformateurs , le réglage doit être calculé comme si le réseau avait sa capacité réelle mais fonctionnait sous la tension la plus élevée de l'autotransformateur. Des exemples seront traités par la suite .

Relais de temps:

Principe:

La temporisation des protections sélectives des départs a deux rôles :

- Assurer une priorité au fonctionnement de certains automates de reprise de service : exécution des cycles rapide, lent ,shunt ;

- Assurer l'échelonnement du fonctionnement des protections des départs et des protections placées en aval.

Réglage du relais de temps:

- S'il n'y a pas de protections temporisées en aval dans le réseau MT on règle à 0,5s ,0,4s voire 0,3s.

- S'il y a des protections temporisées en aval , l'échelon de temporisation entre les protections doit être au minimum de 0,3s et au maximum de 0,5s.

23

Page 24: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

NB. On s'efforcera de limiter à deux le nombre de protections temporisées en cascade sur un départ.

** Avantage de la sélectivité : Si la protection C est défaillante =:> Action de la protection B.** Inconvénient de la sélectivité: Le temps croît en remontant vers la source => incompatibilité possible de réglage.

3.4 - Protections des départs MT à deux seuils de réglage:

Ces protections sont à deux seuils d'intervention à maximum de courant et temporisées à temps constant. Le réglage du premier seuil IR1 devra satisfaire aux conditions suivantes :

Si 0,85 Iccb > k.Ilt le seuil sera réglé à: IR1 ≤ k.Ilt

Si 0,85 Iccb < k. Ilt le seuil sera réglé à: IR1 ≤ 0,85 Iccb

Avec : - Ilt le courant limite thermique de la ligne;

- Iccb le courant de court-circuit biphasé à l'extrémité de la ligne; - k coefficient de surcharge admissible sur les conducteurs (généralement pris 1,2 soit 120%).

Le réglage du deuxième seuil ( dit seuil violent) IR2 à maximum de courant devra éliminer rapidement les courts-circuits d'un courant élevé et d devra être réglé pour des valeurs suffisamment élevées pour être insensible aux défauts sur le réseau BT. Le réglage adopté sera : IR2 ≥ 2.IR1

A

B

C

D

t1=0, 9 s

T2 = 0, 6 s

T3 = 0, 3 s

SENS DE CROISSANCE DU TEMPS DE TEMPORISATION

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Page 25: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Les protections à un seul seuil (très répandue sur les anciens postes HT/ MT seront réglées de la même manière que le premier seuil des protections à deux seuils.

4 – REGLAGE DES PROTECTION D’UNE ARRIVEE:

4.1- Relais ampère métrique de phase:

L'intensité de réglage Ir doit satisfaire aux conditions suivantes :

- Etre assez élevée pour permettre d'utiliser les possibilités de surcharge du transformateur sans risque de déclenchement intempestif ;

- Etre aussi faible que possible pour que la protection d'arrivée assure un certain secours aux protections des départs.

Compte tenu de la possibilité de surcharge ( d'environ 25%) du transformateur , du pourcentage de retour du relais de phase ( ≥ 85% ) et des erreurs de ce relais, on choisira :

Ir ≥ 1,6.Int Avec : Int = Sn / √3.Unt

Unt étant la tension nominale du transformateur. NB. L'appel de courant qui peut suivre l'élimination d'un circuit HT ou MT est valable également pour les protections de l'arrivée ( comme il l'a été déjà signalé pour les départs MT).

Pour éviter des déclenchements intempestifs , il peut donc être nécessaire , dans des réseaux à forte densité industrielle , de relever la valeur du réglage de la protection, par exemple à 2 ou 2,5.Int .

Il y a lieu toutefois de s'assurer que le réglage adopté permet de détecter les défauts biphasés apparaissant sur le jeu de barres dont l'intensité est égale à :

Un Iccb = ------------------ 2 ( XHT + XT )

4.2- Relais de courant homopolaire:

Nous considérerons que la mise à la terre en amont de l'arrivée MT soit par une résistance raccordée au point neutre du transformateur ( R.P.N ) , soit par une bobine de point neutre (B.P.N) raccordée directement aux homes du transformateur.

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Page 26: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Lorsqu'un défaut à la terre affecte un départ, l'intensité 3.IoDd mesurée par son relais de courant homopolaire est différente de celle que mesure le relais correspondant de l'arrivée 3.IoA en raison des courant capacitifs de l'ensemble des départs sains 3.IoDS , on aura alors :

3.IoDd = 3.IoDS + 3.IoA

Pour mieux illustrer ce phénomène , ci-dessous la représentation des courants intéressant l'ensemble du réseau pour un défaut monophasé franc dans le cas général :

Le relais homopolaire, de l'arrivée doit être régler à:

1,2 x Ior max. -------------- β

Avec :

- Ior max : l'intensité de réglage du relais de courant homopolaire du départ réglé au seuil la plus élevé.

- β :dépend du type de réseaux ( aériens , mixte ou souterrains,), généralement 0,9 < β < 1. -1.2 :coefficient permettant d'assurer une bonne sélectivité entre départ et arrivée .

4.3- Réglage du relais de temps:

Elle doit être supérieur de 0,5 à 0.4s à la temporisation la plus élevée des protections des départs afin d'éviter un déclenchement général.

3I0A

3I0A

3I0Dd

3I0Ds

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Page 27: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

LES REENCLENCHEURS

Les réenclencheurs permettent d’adapter la durée de l’interruption du courant à la nature des défauts , se sont des dispositifs d’exploitation automatique qui viennent se substituer au personnel , en vue d'améliorer la continuité ou la qualité de service.

Ces dispositifs automatiques comportent différents organes :

- Organe de mise en route , qui apprécie la valeur d'une grandeur déterminée , surveillée en permanence .

- Organe d'accomplissement d'un cycle, qui effectue dans un ordre prédéterminé, une succession d'opérations. Le cycle se termine par la remise en état de veille , pour un fonctionnement ultérieur ; ou au contraire, par un blocage.

- Organe de contrôles intermédiaires , qui n'autorisent le passage au stade suivant que lorsque le précédent s'est déroulé normalement.

- Organe de verrouillage , s'il est nécessaire d'interdire le fonctionnement simultané d'autres dispositifs automatiques , ou au contraire , d'empêcher la mise en route , pendant le fonctionnement de ces autres dispositifs.

1 / - LE REENCLENCHEUR RAPIDE

Il a pour but d'éliminer les défauts fugitifs monophasés ou polyphasés . Pour éliminer ces défauts une mise hors tension du réseau de l'ordre de 0,3 seconde est suffisante . Les 0,3s permettent une désionisation de l'arc sans risque d'amorçage à la remise sous tension Ce temps est suffisamment court pour ne pas gêner la plupart des utilisateurs .

Le réenclenchement rapide se fait donc sur le disjoncteur du départ en défaut ( il faut que les départs soient exploiter en antenne ).

Tout dispositif de réenclenchement rapide devra :

- Etre mis en route par les contacts instantanés des relais à maximum d'intensité de phase ou résiduelle.

- Provoquer le déclenchement instantané du disjoncteur du départ.

- Donner l'ordre d'enclenchement à ce même disjoncteur, au bout d'un temps réglable entre 0,2 et 0,5s.

- Ne pas être mis en route si le disjoncteur est ouvert.

- Se verrouille après un fonctionnement, pendant une durée supérieure :

* à la temporisation des protections, afin de ne pas effectuer plus d'un cycle, sur défaut

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Protection des réseaux Moyenne Tension

permanent. * au temps de réarmement de la commande du disjoncteur, afin d'éviter, le cas échéant, une nouvelle mise en route, avant que le disjoncteur ne soit en mesure d'effectuer un autre cycle.

- Se verrouiller automatiquement à chaque enclenchement manuel , afin de ne pas effectuer un cycle , en cas d'enclenchement sur défaut.

- Verrouiller pendant l'exécution du cycle , tout dispositif qui peut lui être associé , réenclencheur lent , par exemple.

- Etre verrouillé pendant le fonctionnement d'autres dispositifs.

- Erre facilement mis hors service.

1.1- DIAGRAMME SUR UN DEFAUT FUGITIF :

t : dépend de l'inertie du disjoncteur, de la rapidité de la protection ......

1- apparition du défaut

2- 0,1 à 0,2 seconde après ouverture du disjoncteur

3- 0,3 seconde après environ fermeture du disjoncteur le défaut s’est éliminé .

Seuls les défauts fugitifs disparaissent après ce cycle rapide ( mais rappelons qu’ils représentent avec les auto - extincteurs 75 % à 90 % de l’ensemble des défauts ) .

1.2 - DIAGRAMME SUR UN DEFAUT SEMI-PERMANENT OU PERMANENT

0,1 à 0,2 0, 3 S

temps

I

I défaut

I normal

1 2 3

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Protection des réseaux Moyenne Tension

3 - 0,3 seconde après fermeture du disjoncteur le défaut persiste …..

4 – 0,5 seconde après environ ouverture définitive du disjoncteur .

2 / - REENCLENCHEUR AVEC UN CYCLE RAPIDE PLUS UN CYCLE LENT

2.1 - LE REENCLENCHEUR LENT :

Il a pour but d'éliminer les défauts semi -permanents qui réapparaissent après un cycle de réenclenchement rapide . Ces défauts nécessitent une mise hors tension de la ligne de l'ordre de 15 secondes. Tout dispositif de réenclenchement lent devra :

- Etre mis en route par un contact temporisé de la protection , en même temps que l'ordre de déclenchement est donné au disjoncteur.

- Provoquer le réenclenchement de ce même disjoncteur , après un temps de mise hors tension réglable de 15 secondes à 30 secondes .

- Ne pas se mettre en route si le disjoncteur est ouvert ou s'il est déclenché manuellement.

- Se verrouille après un fonctionnement pendant une durée supérieure à la temporisation des protections , afin de ne pas effectuer plus d'un cycle sur défaut permanent.

- Verrouiller pendant l'exécution du cycle, tout dispositif qui peut lui être associé, réenclencheur rapide par exemple.

- Etre verrouiller pendant le fonctionnement d'autres dispositifs .

- Etre facilement mis hors service .

2.2 - LE REENCLENCHEUR RAPIDE PLUS LENT :

Un regroupement dans un boîtier unique du réenclencheur rapide et du lent est très intéressant. Malgré une réalisation différente, les qualités demandées , la conception du

temps

0,1 à 0,2 0, 3 0, 5 S

1 2 3 4

Déclenchement définitif donné par le relais temporisé de la protection

I défaut

I normal

I

29

Page 30: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

fonctionnement, les verrouillages .... sont les mêmes que ceux demandés aux appareils séparés vus précédemment .

Avec cet appareil un défaut fugitif sera éliminé par un cycle rapide, un défaut permanent entraînant un cycle de réenclenchement rapide suivi d'un cycle lent . Un commutateur permettra manuellement de sélectionner la fonction désirée sur le réenclencheur R+L :

- sans réenclenchement - rapide seul - lent seul- rapide + lent.

2.3- DIAGRAMME SUR DEFAUT SEMI-PERMMANENT ( éliminé au premier cycle lent)

3 - après le cycle rapide le défaut persiste ….4 - 0,5 seconde après ouverture du disjoncteur 5 - 15 à 30 seconde après fermeture du disjoncteur le défaut s’est éliminé .La majorité des défauts semi-permanents s’éliminent ainsi pendant le premier cycle lent .

2.4 - DIAGRAMME SUR DEFAUT PERMANENT:

5 – 15 à 3 secondes après fermeture du disjoncteur le défaut persiste6 – 0,5 seconde après environ ouverture définitive du disjoncteur .

Déclenchement définitif

temps

I défaut

I normal

0,1 à 0,2 0,3 0, 5S 15 à 30 seconde

1 2 3 4 5

I

Courant nominal

0,1 à 0,2 0,3 0, 5 15 à 30 seconde 0, 5 S

1 2 3 4 5 6

I défaut

I normal

temps

I

30

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Protection des réseaux Moyenne Tension

3/ – REENCLENCHEUR AVEC UN CYCLE RAPIDE PLUS DEUX CYCLES LENTS

3.1- DIAGRAMME SUR DEFAUT SEMI-PERMANENT

5 – après le premier cycle lent le défaut persiste …

6 – 0,5 seconde après ouverture du disjoncteur 7 – 15 à 30 seconde après fermeture du disjoncteur le défaut s’est éliminé.

Les statistiques montrent que ces deux cycles lents peuvent éliminer jusqu’à 15 % des défauts.

3.2 - DIAGRAMME SUR DEFAUT PERMANENT :

7 – 15 à 30 secondes après fermeture du disjoncteur le défaut persiste8 – 0,5 seconde après environ ouverture définitive du disjoncteur .

I défaut

I normal

0,1 à 0,2 0,3 0, 5S 15 à 30 seconde 0, 5 S 15 à 20

1 2 3 4 5 6 7

temps

I

Courant nominal

I

0,1 à 0,2 0,3 0, 5S 15 à 30 seconde 0, 5 S 15 à 20 0, 5 s

1 2 3 4 5 6 7 8

temps

31

Page 32: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

L’ELIMINATION DES TERRES RESISTANTES:

Pour éviter certains déclenchements intempestifs , le seuil de réglage du relais homopolaire ( détecteurs des défauts phase - terre ) est relativement élevé , sa limite est fixée , soit par le calibre des TC , soit par le courant résiduel de capacité des départs MT. Cette limite , comprise entre 5 et 15A , ne permet pas de détecter les défauts résistants.

Dans ces conditions , un défaut résistant risque de ne pas provoquer le fonctionnement de cette protection . Ce pendant un tel défaut est dangereux et doit être éliminé .

Pour fixer les idées, un défaut de 20000 Ω de résistance , affectant un réseau 10 kV à neutre à la terre , donne un courant de défaut égal à :

I = V/R = 10000/ √3 // 20000 = 0,866A

En raison des dangers présentés par ce fonctionnement anormal du réseau, la sécurité exige que la tension soit supprimée sur le départ en défaut. Un dispositif sensible , capable de détecter les terres résistantes est donc nécessaire . Il viendra compléter les protections à courant résiduel existantes sur le réseau .

1 - Détecteur de terres résistantes:

L'élément de mesure est un relais sensible alimenté par un TC spécial inséré dans la connexion de mise à la terre du neutre du transformateur. La sensibilité du relais est fixée à 0,5A-1A-1,5A.

Le relais de courant sensible est associé à un relais de temps réglé à une vingtaine de secondes afin de ne pas agir sur des défauts disparaissant d'eux -mêmes (cas d'une branchette d'arbre emportée par le vent). Au bout de cette temporisation il y a émission d'un ordre qui peut commander une simple signalisation ou mettre en route un automatisme de recherche du départ en défaut.

1.1 - Dispositif de recherche des terres résistantes

Ce dispositif associé au détecteur de terre , se substitue au personnel d'exploitation , dont le rôle consistait à mettre hors tension les départs , jusqu'à l'élimination du défaut . Les conditions suivantes devront être réalisées :

- Etre mis en route par le contact temporisé du détecteur de terre .

- Faire déclencher les disjoncteurs de départ , dans un ordre prédéterminé, et s'arrêter lorsque le disjoncteur du départ en défaut est ouvert.

- Permettre les réenclenchements lents successifs de ce départ en cas de défaut permanent.

- Revenir à la position de départ , une fois le défaut éliminé , sans provoquer le déclenchement d'autres disjoncteurs , les départs sains , coupés avant le départ en défaut, étant remis en service par leur réenclencheur.

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Page 33: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

- Provoquer la mise hors tension du poste , en ouvrant les disjoncteurs des arrivées transformateurs , si le défaut persiste après l'ouverture de tous les disjoncteurs de départ ; le défaut doit alors se trouver sur le jeu de barres MT ou sur les câbles de liaison avec les transformateurs HT/MT.

La recherche de terre revient à l'état de veille au bout de 3 minutes environ de manière à parcourir les départs dans le même ordre si une nouvelle terre réapparaît.

2 - Interprétation :

Chaque départ est ausculté pendant un temps d'environ 2 secondes , au cours duquel la mise en route du réenclencheur est provoquée. Le départ subit alors un cycle d'ouverture -fermeture rapide ( O-F ).

- Si le défaut existe encore , le réenclencheur lent est interdit et la recherche continue et passe à l'autre départ ;

- Si le défaut disparaît l'auscultation des départs est arrêtée sur le départ en cause ; un réenclenchement lent est alors provoqué conduisant à l'ouverture définitive du départ si le défaut est permanent .

SYNOPTIQUE DE LA RECHERCHE DES TERRES RESISTANTES

R + LI

R + LI

R + LI

I0

Rb

Transformateur HT/MT

60KV

30KV

TC

Départ n°2

Départ n°03

Départ n°1

t=20s

t:0

(1)

(2)

(3)

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Page 34: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

- Si après une première exploration de tous les départs le défaut persiste , le DRTR commande soit l’ouverture du disjoncteur arrivée soit une signalisation spéciale.

- Si un défaut apparaît sur un départ déjà exploré pendant le premier cycle du DRTR , après élimination du premier défaut , il repart pour une deuxième exploration . Le dispositif de recherche est ramené à zéro (remise à zéro RAZ) au bout d'un temps de l'ordre de 3 minutes.

3 - Exemple: Sachant qu'on ait 3 départs muni chacun d'un « Rapide + 2 Lents » et qu'un défaut résistant s'est manifesté sur le 3ème départ. Le diagramme des séquences de recherche est représenté ci -dessous .

0 3 0,5s 15 à 30 s 0,5s 15 à 30 s 0,5s

t(s)

t(s)

Départ n°01

Départ n°02 20 à 25 S 2S

Départ n°03

Information terre

RAZ

O : ouverture du disjoncteur de départ.F : fermeture du disjoncteur de départ

O F

O F

O F O F O F O

34

Page 35: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

4 - Réglage d'une protection ampère métrique de terres résistantes:

Principe:

Le détecteur mesure le courant qui circule dans la mise à la terre du neutre . Il doit détecter les défauts monophasés les plus résistants dont l'intensité est:

I = U/ √3 // R R: résistance du défaut.

Il doit être réglé sur son plus faible seuil , soit 0,5A., ce qui permet de déceler des défauts de résistance voisine de 23000 Ω en 20kV, 17000 Ω en 15kV, 11000 Ω en 10 kV et de 35000 Ω en 30kV; ces ordres de grandeur peuvent être atteints avec des défauts du type:

- conducteur tombé sur un sol sec;- fusion d'un des trois fusibles de protection d'un transformateur MT/BT;- défaut aval monophasé ....

Toutefois il ne doit pas être sensible au courant permanent existant en l'absence de défaut, qui résulte:

- des courants hornopolaires produits par les harmoniques de rang multiple de 3;- des courants â 50Hz dont les causes peuvent être :

- déséquilibre des capacités entre chacune des trois phases du réseau et la terre ( une ligne en nappe -voûte, non transposée conduit à un courant permanent dû au déséquilibre capacitif de l'ordre de 0,25A/ 1001an ).

* déséquilibre des tensions sur les trois phases.

35

Page 36: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

LE DISJONCTEUR SHUNT

La coupure d’un départ , même si elle est très brève ( cycle rapide ) perturbe le fonctionnement de certains appareils « sensibles » chez les clients.

Le rôle du disjoncteur shunt est d’éviter cet inconvénient , mais uniquement pour les défauts se produisant entre un conducteur de phase et la terre .

Le cycle rapide reste en service pour les défauts polyphasés , même s’ils sont à la terre ( c’est le troisième RMA de phase qui permet cette sélection ).

Le disjoncteur shunt est situé sur le jeu de barres. Il est donc commun à tous les départs du poste . Il est constitué par trois éléments unipolaires indépendants .

Quand un défaut apparaît entre un conducteur de phase et la terre sur un départ quelconque , le pôle correspondant du disjoncteur shunt , établit pendant un très court instant ( 0,15 seconde ) un contact direct entre la phase affectée et la terre . Si le défaut est fugitif , il s’élimine .

C’est un appareil particulier appelé « sélecteur de phase » qui actionne le pôle du disjoncteur correspondant à la phase affectée .

Détecteur de défaut

Détecteur de phase

Disj.shunt

Résistance de miseà la terre du neutre

Transformateur De courant

Pôle fermé sur défaut

Transformateur

Départs Défaut

36

Page 37: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Le sélecteur de phase est commandé par un détecteur de défaut . Le détecteur de défaut est branché sur un transformateur de courant placé sur la mise à la terre du neutre du transformateur .

Pourquoi le fait d’établir le courant phase - terre provoque-t-il l’élimination du défaut ?.

La caractéristique des défauts fugitifs est qu’ils sont entretenus par la tension . Il suffit donc de la supprimer momentanément pour que le défaut s’élimine.

Quand le pôle du disjoncteur shunt se ferme , les mises à la terre étant très bonnes , la phase affectée se trouve au même potentiel que la terre .Le défaut ayant alors le même potentiel se part et d’autre ( différence de potentiel nulle ) s’élimine sans qu’il y ait eu coupure du départ.

Le disjoncteur shunt ne fonctionne que dans le cas exclusif d’un seul conducteur de phase à la terre , mais les statistiques montrent que 80% des défauts fugitifs sont de cette nature.

1 - ASSOCIATION DISJONCTEUR SHUNT-REENCLENCHEURS

Après fonctionnement du disjoncteur shunt , si le défaut monophasé - terre persiste , deux cas peuvent se présenter en fonction des protections existantes sur le départ.

FermetureAprèssélection

Disjoncteur shunt

défaut

départ

Secondaire du transformateur

V

37

Page 38: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

1.1 /- Disjoncteur shunt plus réenclencheurs lent :

DIAGRAMME SUR DEFAUT PERMANENT

1- Apparition du défaut .2- Fermeture du pôle du disjoncteur shunt (DS) sur la phase concernée3- Après 0,15 s ouverture du DS .4- 0,1 à 0,2 s après ouverture du disjoncteur départ , mise en action à cycles lents.

1.2 /- Disjoncteur shunt plus réenclencheur rapide plus lents :

Le réenclencheur rapide se met en action suivi du fonctionnement des réenclencheurs lents si le défaut persiste .

4 0,1 à 0,2 s après ouverture disjoncteur mise en action cycle rapide5- 0,3 s après fermeture disjoncteur si le défaut persiste 6- 0,5 après ouverture disjoncteur action cycle lent

DIAGRAMME SUR UN DEFAUT PERMANENT

I

Courant nominal

Courant de défaut

0,1 à 0,2s 0,15s 15 à 30s 15 à 30s

1 2 3 4 5 6 7 8

I

Courant nominal

Courant de défaut

0,1 à 0,2s 0,15s 0,5s 15 à 30s 0,5s 15 à 30s 0,5s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

38

Page 39: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

INTERRUPTEUR AERIEN A COUPUREDANS LE CREUX DE TENSION ( I. A. C. T. )

Un départ aérien possède en général plusieurs dérivations . L’I.A.C.T est un interrupteur automatique , qui évite la coupure générale du départ et limite les conséquences des défauts permanents affectant le plus souvent les dérivations de faibles sections et les transformateurs MT/BT.

L’I.A.C.T ne se monte que sur les dérivations particulièrement vulnérables . Il est toujours placé en tête de la dérivation .

Dans les réseaux MT exploités en antenne à partir d'un poste HT/MT, il est important de limiter sur certaines dérivations particulièrement vulnérables, il est indispensable d'installer des interrupteurs automatiques ( I.A.C.T ). La représentation suivante montre leur emplacement sur un départ MT aérien rural.

Disjoncteur arrivée

Départ 1 Départ 2Départ 3

I.A.C.T

Dérivation particulièrement vulnérable

39

Page 40: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Les I.A.C.T. sont donc destinés à provoquer en cas de défauts permanents la mise hors tension des dérivations des départs aériens de réseaux de distribution 30kV, les défauts fugitifs, ou semi- permanents , étant éliminés par des cycles de réenclenchement rapides et lents des disjoncteurs de départ.

La mise en place d' I.A.C.T. en tête de dérivations impose des disjoncteurs de départ équipés d'un réenclenchement rapide suivi de deux réenclenchements lents .

L'automatisme de L'I.A.C.T. est constitué par un dispositif à compte passage à mémoire qui commande l'ouverture de l'interrupteur. Le dispositif de protection comprend :

- des détecteurs de courant de défaut;- un automatisme utilisant l'image du courant de défaut ;- un percuteur actionnant le mécanisme de la commande.

1- Conditions à remplir par l'automatisme

Il doit remplir, en particulier, les fonctions suivantes

- interdire l'ouverture de l'interrupteur tant que l'un des détecteurs est sollicité; - ne pas enregistrer les défauts dont la durée est inférieure à 0,25s ; - deux défauts écartés de moins de 1,5s doivent compter pour un seul ; - provoquer l'ouverture automatique de l'interrupteur au plus de 10 s après l'ouverture du disjoncteur de départ dans le cas d'un défaut permanent.

2 - Explication du fonctionnement

- AI , A3, Ao , normalement ouverts se ferment dès l'apparition d'un courant de phase ou homopolaire .

- Rt1 normalement ouvert , se ferme avec un retard de 0,25 s après l'apparition d'un courant pour ne pas enregistrer les courants inférieurs à 0,25s et s'ouvre dès la disparition du courant.

- R12 normalement fermé, s'ouvre dès l'apparition d'un courant et ne se ferme que 1,5 s après la disparition du courant pour empêcher l'ouverture de l'appareil pendant le passage du courant de défaut.

- C12 se charge, à chaque passage du courant, et assure le retard à la fermeture de R22 .

- C6 et T/45 s se chargent 0,25 s après l'apparition du courant.

- Ax se ferme par décharge de C6 à la fermeture de R22 c'est à dire 1,5s après la disparition du courant. S'il apparaît alors un deuxième courant de défaut supérieur à 0,25s espacé de moins de 45s du premier, C11, se charge et à la fermeture de Rte , c'est à dire 1,5s après la disparition du deuxième courant de défaut, alimente le percuteur P qui provoque l'ouverture de l'appareil.

40

Page 41: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

45s après le dernier courant Ay s'ouvre par décharge de T dans Ay et l'automatisme est ramené à l'état initial .

3 - Diagramme de fonctionnement

Le diagramme de fonctionnement en cas de défaut permanent est donné ci -dessous représentant le passage du courant de défaut dans L'I.A.C.T.

T5 temps compris entre 0 S et 10 S.

I défaut

I normal

temps

I1er et 2è passagesenregistrés par l' I.A.C.T Ouverture de

l' I.A.C.T Refermeture du disjoncteur

41

Page 42: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

MISE EN REGIME SPECIAL D’EXPLOITATIONPOUR TRAVAUX SOUS TENSION

En général les départs sont équipés d’un commutateur à trois positions permettant de modifier le fonctionnement des protections. Ces modifications sont conformes aux règles définies pour l’exécution des travaux sous tension , elles permettent donc les interventions sous-tension avec un maximum de sécurité .

Les mesures à prendre doivent permettre :

A /- travaux sous tension sur une seule ligne sans connexion ou déconnexion :

- de supprimer tout réenclenchement automatique sur le départ intéressé par le travail sous tension .

- d’éliminer toute temporisation de ce départ sur fonctionnement de ses protections sélectives.

- D’orienter en priorité vers le départ intéressé en déclenchement temporisé au maximum 1,5 secondes le fonctionnement du dispositif «détecteur de terre résistante »

B /- exécution sous tension de pontage entre deux lignes ou exécution sous tension de connexion ou déconnexion en ligne :

- de supprimer tout réenclenchement automatique sur le ou les départs intéressés par le travail sous tension .

- d’éliminer toute temporisation de déclenchement de ce ou ces départs sur fonctionnement de ses protections sélectives

- d’empêcher le déclenchement du ou des départs lors du défaut fictif provoqué par le déséquilibre dû au pontage ( le raccordement des trois ponts n’étant pas simultané ).

- D’orienter en priorité vers le ou les départs intéressés en déclenchement instantané le fonctionnement du détecteur de terre résistante .

La partie B.T des cellules « départ aérien » est équipée d’un commutateur qui permet la réalisation de ces diverses mesures .Ce commutateur à trois positions permet :

1 – EXPLOITATION NORMALE ( position 1 ) :

Clé prisonnière : fonctionnement normal des protections du départ réenclencheur et du détecteur de terre résistante.

2 - TRAVAUX SOUS TENSION SANS EXECUTION DE PONTAGE (Régime spécial d’exploitation A position 2 ) :

- suppression du réenclenchement automatique- élimination de la temporisation du déclenchement du départ suite à un

fonctionnement de la protection sélective- déclenchement du disjoncteur de départ après une temporisation de 1,5 s sur un défaut

résistant .

42

Page 43: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

3 – PONTAGE SOUS TENSION ,CONNEXION OU DECONNEXION EN LIGNE ( Régime spécial d’exploitation B position 3 )

- 1 et 2 identiques à la position 2- shuntage du relais de terre du ou des départs intéressés afin d’éviter le déclenchement

dû au pontage (déséquilibre ) - orienter en priorité vers le ou les départs intéressés le déclenchement instantané du

détecteur de terre résistante .

Détecteur de terre résistante

RT 1,5 sMaxi.

Barre terre résistante temporisée

Protection sélective du départ

++

Relais auxiliaire dedéclenchement A B C

D

CT1 CT2 CT3 CT4 CT5

Bobine du relais deCourant homopolaire

Cycle lent mise en route

Cycle rapide mise en route

Contrôle présence terre résistante

Relais de déclenchement

C

position

+

Barre terre résistante instantanée

C

)

1

2

3

1

2

3

1 2 3

1

2

3 1

2

3

43

Page 44: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

PROTECTION SPECIFIQUE POUR LES CABLES SOUTERRAINS

La protection utilisée par les câbles souterrains est la même que celle utilisée pour les lignes aériennes , mais à cause de la forte capacité des câbles , le courant de capacité sur un départ sain , lors d’un défaut , sera très important.

Par conséquent , l ‘utilisation de relais homopolaires est inefficace .A cet effet on utilise un relais de puissance résiduelle .

Par ailleurs , la localisation des tronçons de câbles avariés nécessite l’emploi de dispositifs spéciaux de signalisation , tels que , les tores et les lapins homopolaires.

1- Principe de branchement d’un relais de puissance résiduelle ( RDW) :

- Tores :

La proximité des conducteurs d’un même câble permet de les englober à l’intérieur d’un circuit magnétique .

En marche normale , la somme vectorielle des courant dans les trois conducteurs est nulle.Mais en cas de défaut , il apparaît un courant résiduel :

44

Page 45: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Ir = I1 + I2 + I3

Qui donne naissance à un flux capablede créer une tension induite dans un enroulement disposé sur ce circuitmagnétique .

Si l’enroulement est fermé sur un relaishomopolaire il peut donc détecter les défauts à la terre.

L’ensemble circuit magnétique – enroulement s’appelle : tore .

- Lapins homopolaires :

Ce sont des dispositifs constitués par un tore associé A un organe de signalisation et qui permettentUne localisation facile des défauts à la terre sur un réseau de câble.

- Principe d’utilisation :

Soit le réseau souterrain suivant , fonctionnant en boucle ouverte en A4.

Les postes : A1 ; A2 ; A3 ; A4 sont surveillés par le disjoncteur D1 .

Les postes B1 ; B2 ; B3 ; B4 sont surveillés par le disjoncteur D2 .

Un défaut au point P donne naissance à un courant résiduel qui fait fonctionner les voyants des lapins homopolaires placés en A1 et A2 .

On constate que le voyant du lapin homopolaire placé en A3 n’a pas fonctionné . On conclut donc , que le défaut n’est pas passé par A3 , il est donc entre A2 et A3 .

TORE

D1 A1 A2 A3 A4

PA

B

D2 B1 B2 B3 B4

45

Page 46: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

PROTECTION DES DEPARTS EN PARALLELE

1 /- PROTECTION DES LIGNES EN PARALLELE :

Le problème consiste à éliminer la ligne en défaut , tout en gardant l’autre , ou , les autres lignes en service .

1.1-Protection contre les défauts entre phases .

En fonctionnement normal , la puissance , circule du jeu de barre A vers le jeu de barre B . En cas de défaut sur la ligne ( 2 ) , par exemple au point P , celui-ci , sera alimenté à partir du jeu de barre A , mais , aussi du jeu de barre B .

Le disjoncteur B2 verra la puissance circuler de B vers A . ( les sens d’écoulement de la puissance reste inchangé sur la ligne saine ) .

Il suffit de placer en B2 un relais directionnel de puissance qui provoquera l’ouverture du disjoncteur en cas de défaut .

La ligne affectée étant ainsi isolée du jeu de barre B ; le défaut n’est plus alimenté que du jeu de barre A .

Pour couper la ligne du côté jeu de barre A , il suffit de placer en A2 , deux relais à maximum de courant . Cependant , pour éviter que A1 et A2 ne s’ouvrent en même temps , il faut temporiser les relais à maximum de courant.

La deuxième ligne est équipée identiquement .

1.2- Protection contre les défauts monophasés :

La détection des défauts s’effectue en faisant appel à la puissance homopolaire , qui circule du lieu de défaut vers la mise à la terre du neutre .Cette puissance circule par deux voies :

- par A2

HT/MT

A

( 2 )

( 1 )

BB1A1

A2 P B2

46

Page 47: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

- par B2 ; B1 ; A1 ( voir schéma dans la page suivante ).

Un relais directionnel , de puissance homopolaire , orienté de façon à ce qu’il ferme son contact , lorsque la puissance homopolaire circule de P ( lieu du défaut ) vers B , il est placé en B2 , provoquera l’ouverture du disjoncteur , pour tout défaut intéressant la ligne (2 ) .

La protection placée en A2 , et qui comprend un relais de courant homopolaire , permettra d’isoler complètement la ligne avariée , en provoquant l’ouverture du disjoncteur placé en A2.

Comme pour les défauts polyphasés , il est nécessaire de temporiser les deux relais placés en A1 et A2 pour qu’ils ne donnent pas l’ordre en même temps.

Les deux lignes 1 et 2 étant équipées identiquement .

2 - PROTECTION DES CABLES SOUTERRAINS EN PARALLELE :

Cette protection est identique à celle des lignes aériennes en parallèle.

HT/MT

A

( 2 )

( 1 )

BB1A1

A2 P B2P0

P0 P0

I0

47

Page 48: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

ANNEXE 1

EXEMPLES DE RÉGLAGES DES PROTECTIONS

I / - Réseau aérien:

Impédance du réseau H.T. ramenée en 20kV :

XHT = Un2/ Scc = 20x20 / 200 = j2Ω Avec Un la tension de service (voir annexe II)

Impédance du transformateur HT/MT:

XT = Ucc.Unt2 / 100.Sn=10 x 212/100x10=j4,4 Ω

avec Unt , la tension nominale du transformateur Départ 1:

TC 100/5 30Km-75 mm2 en almelec ( Alm ) départ 1 A B

TC 100/5 C 12Km-54mm2 ( Alm ) départ 2 D E

2km de câble 14Km-34mm2 Alm

20/15kV 2MVA2,5%

10km-75mm2 Alm

Sn = 10MVAUcc = 10%

60/30 KV

Scc = 200MVA

R=40 Ω

48

Page 49: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Caractéristiques du départ:

Le point pour lequel l'impédance de court-circuit est la plus grande en régime de secours normal est la point B.Tronçon PA+ Tronçon AB.- Longueur totale en aérien y compris les dérivations est de 100Km- Le départ comporte également 2Km de câble tri plomb de 48mm2 issus du point A.

Caractéristiques des protections:

TC - rapport: 100/5. Protection type PAK412 comportant :

- 2 relais de phase RMA ,calibre 5-10A , réglables de 3 à 12A; - 1 relais homopolaire RMA 422 , calibre 0,5-1A , réglable de 0,3 à 1,2A;- 1 relais de temps RT 210 , réglable de 0,2 à 1,5 secondes .

Réglage des relais de phase:

Calcul de Iccb:

R pa = 30 x 33 / 75 = 13,2 Ω résistance du tronçon PA.X pA = 30 x j 0,4 = j 12 Ω réactance du tronçon PA. Avec x = 0.4. Ω /km (lignes aériennes)RAB = 14 x 33.i34 = 13,6 Ω résistance du tronçon AB.XAB= 14 x j 0,4 = j5,6 Ω réactance du tronçon AB .

20.000Iccb = ------------------------------------------- = 280A. 2√ (13,2+13,6)2 + (2+4,4+12+5,6)2

Le courant de défaut biphasé vu par le secondaire du TC aura pour valeur :

Iccb ( BT ) = 280 x 5/100 = 14A.

1,3 Intc = 1,3 x 5 = 6,5A et 0.8 Iccb (BT) = 0,8 x 14 = 11,2A

L'intensité de réglage Ir doit vérifier la relation: 6,5 A < Ir < 11,2A

Le réglage à adopter sera : 10Ampères.

Réglage. du relais homopolaire:

Calcul de 31L

- partie aérienne : 0,054 x 100 = 5,4A. - Partie souterraine: 2 x 2,94 = 5,9A.

- NB. 0,054A/Km et 2,94A/Km sont les valeurs de 3Io (voir annexe II).

- le total de 3Io = 5,4 + 5,9 = 11.3A

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Page 50: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

- La valeur de 3I0, ramenée en basse tension sera: 3I0 (BT) = 11,3 x 5/100 =0,565A

Le coefficient k à prendre en considération est égal à 2. Ior > k (3I0r) I0r > 2 x 0,565 = 1,1A .Le réglage à adopter sera : 1,l Ampères.

Remarque: Le relais détectera tous les défauts de résistance inférieure ou égale à. -

R= ( V- Icc x 40 ) / Icc

R = [ 11.500 - l,1x (100/5 )x40 / 1,1 ( 100/5 ) = 480

Réglage du relais de temps:

Sur ce départ il n'y a pas de protection temporisée en aval d'où :Réglage à adopter : t = 0,5 seconde.Départ 2.

Caractéristiques du départ

Le point pour lequel l'impédance de court-circuit est la plus grande en régime de secours normal est le point E.

- Tronçon PC: l 0km - 75mm en Aluminium - en C : autotransformateur 20/15KV de 2MVA et de Ucc=2,5%. - Tronçon CD: 12Km –54 mm2 en Aluminium- Tronçon DE: 7 Km - 34 mm en Aluminium- Longueur totale en aérien 20 KV ( y compris les dérivations ) : l 0km (tronçon PC).- Longueur totale en aérien 15 KV (y compris les dérivations): 8OKm. - le départ ne comporte pas de parties souterraines.

Caractéristiques des protections: Les mêmes que pour le départ 1 ( PAK 412).

Réglage des relais de phase :

Calcul de Iccb

RPC = 10x33/75 = 4,4 ; XPc = 10 x 0,4 = j4

Xauto = 2,5 x 202 / 100x2 = j5

RCD = 12 x (33/54) x (20/15)2 =13,1 ; XCD = 12 x 0,4 ( 20/15)2 = j 8,5

RDE = 7 x (33/34) x (20/15)2 = 12,1 ; XDE = 7 x 0,4 (20/15)2= j5

20 000 Iccb = --------------------------------------------------------------------- = 242 A 2 ( 4,4 +13,1 + 12,1 )2 + ( 2 + 4,4 + 4 + 8,5 + 5 + 5 ) 2

Iccb ( BT ) = 242 x 5/100 = 12A

50

Page 51: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

1,3Intc = 1,3 x 5 = 6,5A et 0,8 x Iccb = 0,8x 12 = 9,6A

La valeur du courant de réglage Ir doit vérifier la relation :6,5A < Ir < 9,6 A

Le réglage à adopter sera: Ir = 9 Ampères.

Réglage du relais homopolaire:

Calcul de 3 I0 :

0,054 x (10+80) = 4,9A.3I0(BT) = 4,9 x 5/100 = 0.25A

Le coefficient k est égal à 2 d'où k (3Io) = 2 x 0,25 = 0,5 A.

Le réglage à adopter sera: lor = 0,5 Ampère.

Remarque:

Le relais détectera sur la partie 20KV tous les défauts dont la résistance est inférieure ou égale à :

- R = ( V1 – Icc x 40 ) / Icc = [ 11500 - (100/5)x 0,5 ) =1110 5 , et, sur la partie 15 KV, tous les défauts dont la résistance est inférieure ou égale à:

- R = ( V2 – Icc x 40 ) / Icc = [ 8600 – (100/5) x 0,5x 40 (100/5)x 0,5 = 820

Réglage du relais de temps:

On adoptera une temporisation t = 0,3s si en aval de la protection existe des protections temporisées .

II Arrivée:

Caractéristiques des protections:

- TC 300-600A/5 connectés en 300/5A.- Protection type PAK 412 comportant

. 2 relais de phase RMA 420 5A - 10 A

. 1 relais homopolaire RMA 420 0,5A - 1A . 1 relais de temps TR 210 0,3 à 3 secondais.

Réglage des relais de phase:

L'intensité nominale secondaire du transformateur HT/ MT est égale à

Int = Sn / 3.Unt = 10 x 106 / 3 x 21 x 103 = 275A.

L'intensité de réglage doit donc être de: 1,6 nt = 1,6 x 275 = 440A (MT)

51

Page 52: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Le réglage des relais doit donc être de :

Ir > 1,6. Int (B.T.) soit égal à 440x5/300 = 7,3 A ( réglage à adopter).

Réglage du relais homopolaire:

Le neutre du réseau est mis à la terre par une résistance. Supposant que la somme des 3I0, de tous les départs soit inférieure à 100 A ; est alors peu différent de 1 .

Le réglage doit donc être égal à 1,2 fois le réglage du départ le plus haut. Supposons que le départ 1 soit ce départ ; son réglage est de 1, 1A, soit 22 A(MT)

1,2. I0 max / = 1,2 x 22 = 26,4 A soit 26,4 x 5/300 = 0,44A (B.T.)

Le réglage à adopter sera: 0,45 Ampère.

2 / - RESEAU SOUTERRAIN :

Impédance du réseau HT ramenée en 15 KV :

XHT = UN2 / Scc = 15 x15 / 1600 = 0,14

1000A

Scc=1600 MVA

90/15 KV

Sn=30MVAUcc=13%

400/5

400/5

10Km – 147 mm2 Al

10Km – 147 mm2 Al

I

1

2

3

4

52

Page 53: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Impédance du transformateur HT/MT :

XT = ( Ucc / 100 ) x ( U2Nt / Sn ) = ( 13 / 100 )x (16,5 x 16,5 )/ 300 = 1,18

1. Départ 1 et 2 :

1.1- Caractéristiques des départs 1 et 2 :

Les départs 1 et 2 forme un boucle ouverte en I . En situation normale , ils sont identiques ; leur longueur est égale à 10 km ; les câbles sont des câbles de tension spécifiée 11,6 kV à surface métallisée , 147 mm2 Alu – ( rc = 0,2 /km ; Xc = 0,07 /km ) .

1.2-Caractéristiques des protections :

- TC = 400A/5

- Protection ICE type MIC 11 :

- 2 relais de phase I A 20 - cal.5A réglable de 4 à 8 A- 1 relais homopolaire IA 212 - cal. 0,6A réglable de 0,5 A à 2A- 1 relais de temps CH réglable de 0,2 à 1,5 s .-

1.3 - Réglage des relais de phase :

Calcul de Iccb :

Le calcul est fait dans le cas ou l’un des départs réalimente l’autre en totalité

Rc = 20 x 0,2 = 4 ; Xc = 20 x 0,07 = 1,4

Iccb = 15 000 / 2 (4)2 + ( 0,14 + 1,18 + 1,4 )2 = 1560 A

Iccb ( BT ) = 1560 x (5/400 ) = 19,6 A

0,8 Iccb (BT) = 0,8 x 19,6 = 15,6 A

La valeur du courant de réglage Ir doit vérifier la relation :

6,5A Ir 15,6 A

le réglage à adopter est : 7,5 A

1.4 - Réglage des relais homopolaire

Calcul de 3I0 :

Compte tenu du régime de secours , la longueur de câble à prendre en considération est de 20 km.

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Page 54: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

3I0 = 20 x 3,76 A/km = 75 A (MT) soit 75 x 5/400 = 0,94 A (BT)

Le coefficient K à prendre en considération est égale à 1,3 .

K ( 3I0 ) = 1,3 x 0,94 = 1,2 A Le réglage à adopter est : 1,2 A

2-ARRIVEE :

2.1- Caractéristiques des protections :

- TC : 1200A/5 A

- Protection ICE type MIC 11 :

- 2 relais de phase I A 20 - cal.5A réglable de 4 à 8 A- 1 relais homopolaire IA 202 - cal. 0,6A réglable de 0,5 A à 1A- 1 relais de temps CH réglable de 0,3 à 3 s .

2.2- Réglage des relais de phase

L’intensité nominale secondaire du transformateur HT/MT est égale à Int = Sn / 3Unt = 30x 106 / 3 X 16 ,5 X 103 = 1050 A

L’intensité de réglage doit donc être de : 1,6 x 1050 = 1700A , soit 1700 x 5/1200 = 7A (BT)

- Le réglage à adopter est : 7A

2.3- Réglage du relais homopolaire :

Le neutre du réseau est à la terre par une bobine BNP qui limite les courants de défauts à la terre à 1000A.

Supposons que le poste comporte 8 départs et qu’en cas de défaut monophasé franc sur le jeu de barres , le courant 3I0 , qui apparaît dans chacun d’eux est égal à :

- pour les départs 1 et 2 = 37,5 A- pour 4 autre départs = 30 A- pour les deux autres départs = 20 A

Supposons , en outre , que les départs dont le réglage du relais homopolaire est le plus élevé soient les départs 1 et 2 .

En cas de défaut franc sur l’un d’eux , l’intensité du courant capacitif des départs sains 3 I0Ds

serait de : ( 4x 30 ) + ( 2x20 ) + 37,5 = 200 A

Le point figuratif sur la courbe BNP 1000A est le point M pour lequel =0,8 .

54

Page 55: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Le réglage des départs 1 et 2 est égal à : 1,2 x 400/5 =96A (MT)

L’arrivée doit donc être réglée à 1,2 x 96 / 0,8 = 144 A (MT) , soit 144 x 5/1200 = 0,6A(BT)

Le réglage à adopter est : 0,6A

3. Liaison :

3.1- Caractéristiques des protections :

- TC tores ( bushings )= 600-1200A/5 - TC NEUTRE 300A/5

- Protection ICE type MIC 45 :

- 2 relais de phase I A 20 - cal.10A réglable de 8 à 16 A- 1 relais homopolaire IA 202 - cal. 2,5A réglable de 2 A à 4 A- 1 relais de temps CH réglable de 0,3 à 3 s .

3.2 –Réglage des relais de phase

L’intensité nominale du transformateur étant 1050A , le réglage des protections de la liaison doit être :

2Int = 2 x 1050 A = 2100A (MT) , soit 2100 x 5/1200 = 8,7 A (BT)

Le réglage à adopter est : 8,7A

3.3 – Réglage du relais de terre :

Le relais homopolaire de l’arrivée étant réglé à 144 A ( MT ) le relais de terre de la protection de liaison doit être réglé à :

1,2 x 144 A = 173 A ( MT ) soit 173 x 5/300 = 2,9 A (BT)

Le réglage à adopter est : 2,9 A

ANNEX IIOrdre de grandeur des capacités homopolaires ( C0 )et des courants De capacités résiduels ( 3 I0)

55

Page 56: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

TensionDe serviceKV

TensionSpecifique kV

Section

Mm2 Câble souterrains isolés au papier Lignes aériennes

Câble à champ radial

Câble tripolaire à champ non radial C0

F/km

3I0

F/kmC0

F/km3I0

A/kmC0

F/km3I0

A/kmC0

F/km3I0

A/km

5,5

3, 2

3038487595116148240

0,120,120,130,130,140,140,150,16

0,350,370,380,40,410,430,450,49

-0,160,170,200,220,230,250,30

-0,490,520,600,650,700,760,89

5 x 10-3 0,015

10

5, 8

3038487595116148240

0,320,350,400,480,520,580,640,79

1,741,92,182,612,833,163,484,3

0,100,110,110,120,120,130,130,14

0,570,580,600,650,670,700,730,78

0,120,130,140,150,160,180,190,22

0,640,690,730,840,900,9601,041,18

5 x 10-3 0,027

11 , 6

3038487595116148240

0,210,240,270,330,360,410,460,58

1,151,31,471,81,952,232,53,16

15

8 , 7

3038487595116148240

0,090,100,100,110,120,120,130,14

0,770,810,860,920,960,991,041,12

0,110,110,120,140,150,160,170,19

0,870,920,991,121,211,31,391,57

5 x 10-3 0,04

11,6

3038487595116148240

0,210,240,270,330,360,410,460,58

1,721,962,212,692,943,353,764,74

20

11 , 6

3038487595116148240

0,210,240,270,330,360,410,460,58

2,292,612,943,593,924,475,016,32

0,080,090,100,110,110,120,120,13

0,911,011,091,191,241,291,331,44

0,090,100,110,130,140,150,160,18

11,131,231,411,511,611,722

5 x 10-3 0,054

30 17 ,5 75 0 ,33 5 ,39 0,081

ANNEX III

56

Page 57: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

Réglage minimal des relais de phase des protections de l’arrivéeEt de la liaison transformateur - tableau

Puissance duTransforma. MVA

Tension nominale du réseau (kV)

Intensité nominale du transfo. (A)

ARRIVEE LIAISONCalibre des TC (A)

Réglage pour1,6 Int A (BT)

Calibre des TC tores(A)

Réglage pour2 IntA(BT)

10 10 15 20

550 350 275

600/5200-400/5300-600/5

7,3 7 7,3

600-1200/5600-1200/5600-1200/5

4,6 5,8 4,6

15 10 15 20

825 525 412

1200/5 600/5 600/5

5,5 7 5,5

600-1200/5600-1200/5600-1200/5

6,9 4,3 6,9

20 10 15 20

1100 700 550

1200/5 800/5 600/5

7,3 7 7,3

600-1200/5600-1200/5600-1200/5

9,2 5,8 4,6

30 10 15 20

1650 1050 825

1200/5 (1) 1200/5 1200/5

5,5 7 5,5

1200-2400/5600-1200/5600-1200/5

6,9 8,7 6,9

40 10 15 20

2200 1400 1100

1200/5 (1) 1200/5 (1) 1200/5

7,3 7 7,3

1200-2400/51200-2400/51200-2400/5

9,2 5,8 4,6

( 1 ) Arrivée dédoublées

BIBLIOGRAPHIE

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Page 58: Protection MT

Protection des réseaux Moyenne Tension

- Fonctionnement et protection des réseaux de distribution ( J . FAVRAUD )

- Les étages MT des postes HT/MT ( MEDJA LAMRI )

- Caisse pédagogique protection d’un poste source ( CETAP EDF )

- Calcul pratique des intensités de court-circuit (André Ducluzaux – Merlin Gerin )

58