Soutenance mémoire
Concept de protection Gridlab et étude des défauts
Un concept de sécurité de l’installation a déjà été défini par un expert dans le domaine de la protection selon le matériel à disposition. Le circuit est séparé en quatre zones de protection. On a quatre relais de protection qui permettent de séparer le circuit en quatre zones de protection avec un recouvrement partiel qui permet d’assurer une meilleure sécurité. On est limité dans le choix des fonctions à cause du nombre d’entrée-sortie des relais. La dénomination et le principe de fonctionnement des fonctions de protection sont normés par l’organisation ANSI (IEEE Standard C37.2-2008). Afin de comprendre ce plan, il faut d’abord connaître quels sont différents éléments constituant l’installation à protéger à l’échelle réelle et à échelle réduite. Ensuite il faut déterminer quels sont les différents défauts qui peuvent apparaître et lesquels sont les plus critiques (dangerosité et fréquence d’apparition). Les défauts peuvent être interne à l’élément étudié ou externe avec un effet sur l’élément.
Circuit du Gridlab
Le circuit du Gridlab est composé de 4 groupes de production hydroélectrique. Chaque groupe est constitué d’un servomoteur qui sert à simuler l’ensemble injecteur-turbine, une génératrice synchrone représente l’alternateur et un transformateur avec un rapport 1/1 qui représente le transformateur élévateur à la sortie du groupe qui injecte sur le réseau.
Repérage schéma Gridlab
L’installation du GridLab est décomposée en plusieurs parties (Introduction, poste de couplage, Ligne de transport…). Ces parties ont chacune leur propre schéma de câblage. Il faut suivre les schémas et l’installation physique pour déterminer les différents appareils qui composent le circuit et les points de connexion accessibles facilement. Le circuit comprend déjà certaines protections intégrées. Les groupes sont protégés par deux disjoncteurs placés en amont et en aval du transformateur. Chaque départ depuis le coffret d’introduction passe par un disjoncteur. Et finalement un disjoncteur principal protège l’ensemble de l’installation.
Lignes
Les principaux défauts des lignes sont la surcharge thermique, le court-circuit entre phases, le court-circuit phase-terre. Les lignes peuvent être aériennes ou enterrées avec leurs types de défauts spécifiques. La protection de réseaux maillés et de petites distances sont très difficile à protéger efficacement. Les flux de puissance sont difficiles à prévoir.
Lignes aériennes
Une ligne aérienne est composée d’une structure portante et des conducteurs de phases et de terre. Il peut également y avoir le conducteur de neutre. L’air environnant est utilisé comme un isolant électrique. L’air est également utilisé pour évacuer la chaleur produit par les flux de courant. Lorsque les températures sont basses comme en hiver, il est possible de transporter plus de courant qu’en été. En Suisse, les lignes aériennes sont généralement en Aldrey. Une ligne électrique peut être exploitée pendant 80 ans.
Les lignes aériennes sont particulièrement sensibles à leur environnement. Ce qui fait que la majorité des défauts sont causés par :
♦︎ Tempêtes
♦︎ Foudre
♦︎ Chute d’arbre
♦︎ Défaillance du matériel
♦︎ Oiseaux (Principalement pour les lignes situées sur les couloirs de migration de grandes espèces)
♦︎ Surcharge
♦︎ Rupture des câbles (avec ou sans contact avec la terre) .
Beaucoup de ces défauts sont fugitifs et peuvent être résolus en réenclenchant la ligne. Ce qui peut être fait automatiquement. Dans le cas de la Lienne, les défauts les plus fréquents sur les lignes sont les oiseaux, les arbres pour les bouts de ligne en forêt. Dans les cas plus rares mais qui arrivent de temps en temps, il y a la foudre et les arrosages automatiques placés sous la ligne et mal réglés.
On peut citer par exemple, le cas du 16 novembre 2015 où un aigle avait touché la ligne. Il s’est avéré que la terre du pylône était raccordée uniquement localement sans liaison avec les éléments les plus proches. La résistance entre la phase et la terre (avec l’aigle au milieu), s’est révélée trop élevée pour que la protection la plus proche déclenche (protection sur le départ de la centrale de Saint-Léonard). C’est une protection de secours à Cran qui a déclenché en premier. Les lignes de départ de la centrale de Saint-Léonard sont protégées par des REL615, et les jeux de barre par des REB650.
Câbles souterrains
Les câbles souterrains sont principalement utilisés sur de courtes distances. L’isolation est faite avec des matières plastiques ou du papier imbibé d’huile qui est de moins en moins utilisé à cause de son impact sur l’environnement. Comme les câbles sont enterrés, la chaleur est plus difficile à évacuer. S’ils sont proches, ils vont se réchauffer mutuellement. Ces deux effets limitent la puissance qui peut être transportée. A puissance égale, le câble aura besoin d’une section plus grande qu’une ligne aérienne. Les câbles souterrains doivent être remplacés tous les 40 ans selon les estimations de Swissgrid.
Les défauts sur les câbles souterrains sont quasiment toujours causés par un endommagement du câble. Les causes possibles d’endommagement sont :
● Travaux de construction autour du câble
● Défaut de fabrication ou de montage
● Surcharge liée à l’exploitation
● Endommagement dû à la pose du câble .
Les manchons de raccordement sont des éléments très délicats, leur montage demande une grande expérience et beaucoup de soin. Comme les câbles souterrains sont en général fabriqué sur demande et cette fabrication peut prendre plusieurs mois. De plus il est difficile de mettre en place une solution de remplacement provisoire. Ces deux aspects doivent être pris en compte lors de l’étude d’étude d’un câblage souterrain.
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Table des matières
1 Introduction
2 Description du projet et cahier des charges
3 Protections
3.1 Objectifs des protections
3.2 Réalisation des protections
3.3 Mesures
3.3.1 Transformateur de courant
3.3.2 Transformateur de tension
3.4 Relais de protections numériques
3.4.1 REG670
3.4.2 RED615
3.4.3 REL650
3.4.4 REF615
3.5 Organe de coupure
3.6 Plan de protection
4 Concept de protection Gridlab et étude des défauts
4.1 Circuit du Gridlab
4.1.1 Repérage schéma Gridlab
4.1.2 Détermination des points de raccordement
4.2 Lignes
4.2.1 Lignes aériennes
4.2.2 Câbles souterrains
4.3 Transformateur
4.3.1 Surcharge
4.3.2 Court-circuit
4.3.3 Défaut à la masse
4.4 Génératrice
4.4.1 Court-circuit
4.4.2 Charge asymétrique
4.4.3 Surtension
4.4.4 Perte d’excitation
4.4.5 Perte de synchronisme
4.4.6 Retour de puissance
4.5 Défaut causé par le réseau
4.5.1 Défaut de fréquence
4.5.2 Défaut de tension
4.5.3 Court-circuit sur le réseau
4.5.4 Fonctionnement en îlotage
4.6 Transformateurs de mesures
4.6.1 Interruption du circuit secondaire
4.7 Défaillance disjoncteur
4.8 Etude de la simulation et de la réalisation des défauts
4.8.1 Court-circuit
4.8.2 Asymétrie du réseau
4.8.3 Perte d’excitation
4.8.4 Coup de foudre sur la ligne
4.8.5 Défectuosité ligne
4.8.6 Retour de puissance
4.8.7 Défaut réseau
4.8.8 Défaut transformateur de mesure
4.8.9 Défaillance disjoncteur
4.8.10 Surcharge
5 Mesures
5.1 Conception chariot de mesure
5.1.1 Première idée
5.1.2 Deuxième idée
5.1.3 Solution retenue
5.1.4 Matériel chariot
5.1.5 Poids du chariot
5.1.6 Réception de la commande
5.2 Raccordement des transformateurs
5.2.1 Transformateur de courant
5.2.2 Transformateur de tension
5.2.3 Raccordement avec le chariot de mesure
6 Banc de test
6.1 Montage du relais de protection
6.1.1 Matériel commandé
7 REL650
8 Conclusion
