GENERALITES SUR LES PROTECTIONS ELECTRIQUES

GENERALITES SUR LES PROTECTIONS ELECTRIQUES

NOTIONS SUR LES PROTECTIONS ELECTRIQUES

FONCTIONS DE PROTECTION

Selon la Commission Electrotechnique Internationale (C.E.I), la protection électrique est l’ensemble des dispositions destinées à la détection des défauts et des situations anormales des réseaux afin de commander le déclenchement d’un ou de plusieurs disjoncteurs et, si nécessaire d’élaborer d’autres ordres de signalisations. Les dispositifs de protection surveillent donc en permanence l’état électrique des éléments d’un réseau et provoquent leur mise hors tension, c’est-à-dire l’ouverture du disjoncteur, lors d’une perturbation indésirable : court-circuit, surtension, surcharge…etc.

PRINCIPAUX DEFAUTS DE FONCTIONNEMENT

Les principaux défauts de fonctionnement d’un réseau électrique et leurs causes et conséquences sont résumés dans le tableau suivant,

PROTECTIONS D’UN TRANSFORMATEUR THT/HT/MT

La protection des transformateurs adoptée sur le réseau national est basée sur le compromis entre un critère économique et la possibilité de protéger le transformateur contre les différents défauts qui peuvent l’endommager.Un transformateur de puissance peut être soumis à deux types de défauts :
– Les défauts internes : court-circuit entre spires ou enroulement et la cuve du transformateur, défaut sur le circuit magnétique ou mauvais fonctionnement du système de refroidissement ou défaut sur le régleur en charge.
– Les défauts externes : court-circuit sur le réseau qu’alimente le transformateur, surcharge, surtension due à la foudre ou défaut du système régulation.
La détection, l’élimination de ces défauts et la continuité du service nécessitent l’usage de plusieurs types de relais de protection et des réducteurs de mesure pour les alimenter.

Protections contre les défauts internes

La protection masse cuve basée sur l’isolement de la cuve par rapport à la terre (et la détection, en cas de court-circuit entre un enroulement et la cuve ou en cas de contournement de bornes d’une traversée, du courant qui transite sur la seule liaison qui relie la cuve du transformateur à la terre par l’intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière. Cette protection du type ampérométrique à une action instantanée.
La protection buchholz : qui permet la détection du dégagement gazeux provoqué par la décomposition de l’huile suite à la survenue de défauts à l’intérieur du transformateur ou par l’augmentation de la vitesse de circulation d’huile entre le conservateur et la cuve.
Contrôle de la température : Une élévation de la température d’un transformateur de puissance peut être due à :
– Des défauts d’isolement à l’intérieur du transformateur non détectés par les protections ou à une surcharge progressive.
– Une défaillance du système de refroidissement.
Le contrôle de la température est réalisé par des sondes thermostatiques installées sur les transformateurs.
La protection manque circulation d’huile : est constituée par des clapets pour la détection de l’arrêt de la circulation d’huile, en vue de déclencher le transformateur si la charge dépasse 20% de la charge nominale.

Protections contre les défauts externes

Afin d’améliorer la sûreté d’élimination des défauts dont le transformateur peut être le siège. Il a été retenu, en plus des protections internes (buchholz, température etc…) d’adopter les protections suivantes :
– Protection à maximum de courant de phases et neutre côté THT et HT
– Protection défaillance de disjoncteur côté THT.
– Protection de surtension
– Protection de distance côté secondaire du transformateur

PROTECTIONS D’UN DEPART THT

Un départ THT est équipé par les protections et automatismes suivantes :
– Deux protections de distance
– Une protection directionnelle de terre à puissance résiduelle à temps inverse
– Une protection de surtension
– Une protection de minimum de tension
– Un automatisme de réenclenchement
– Un automatisme de contrôle de synchronisme
– Une protection différentielle de ligne. A. Protection directionnelle de terre
La protection directionnelle de terre est complémentaire à la protection de distance. Elle est sensible à des défauts résistants donnant naissance à un courant de terre inférieur au seuil de mise en route de la protection de distance qui élimine surtout les défauts francs.
Plusieurs types de protections existent, parmi celles les plus utilisées on trouve :
– La protection à courant résiduel
Elle fonctionne en cas de dépassement de seuils de courant résiduels pour les protections (électromécaniques, statiques).
– La protection à puissance résiduelle
Pour les protections numériques. Son principe est basé sur la mesure de la puissance résiduelle générée pas un défaut résistant à la terre, si P ≥ Pseuil alors elle donne l’ordre de déclenchement au disjoncteur de départ.

Protection minimum de tension

A la suite d’un déclenchement dus aux protections dans des situations anormales du réseau il se peut que des disjoncteurs se trouvent hors tension. En cas de manque de tension générale, cette protection assure l’ouverture de tous les disjoncteurs des départs.

protection de surtension

Cette protection est utilisée pour protéger les matériels contre une tension anormalement élevée. Elle est temporisée pour éviter son fonctionnement suite aux surtensions transitoires et aux défauts fugitifs.

Protection différentielle de ligne

La protection différentielle de ligne est basée sur le contrôle de la différence des courants traversant les deux extrémités de la ligne. Chaque phase est dotée de part et d’autre d’un dispositif différentiel relié entre eux par deux fils pilotes contrôlés en permanence par un appareil qui élabore une signalisation en cas de leur coupure.

Réenclencheur

Pratiquement la plupart des défauts affectant les réseaux THT sont fugitifs, c’est à dire qu’ils ne produisent pas une détérioration durable de l’isolant à l’endroit du court-circuit.
La durée minimale de mise hors tension qui permet à l’isolation de se rétablir spontanément sur le trajet de l’arc de défaut est appelée temps de dé ionisation. Ce temps est de l’ordre de 0.2 à 0.3 s. Après ce délai, il est possible de remettre sous tension l’ouvrage atteint. Cette opération peut être automatisée ; elle s’appelle alors le réenclenchement automatique et les automates qui la commandent sont des réenclencheurs. Dans les réseaux THT on utilise :
– Le déclenchement –réenclenchement phase par phase et, plus particulièrement le déclenchement- réenclenchement monophasé dans lequel on ne déclenche et réenclenche que le pôle du disjoncteur de la phase atteinte par le court-circuit. Ce mode de déclenchement réenclenchement nécessité d’équiper les disjoncteurs de dispositifs de commande pôle par pôle, donc plus complexe et plus coûteux. Le cycle de réenclenchement monophasé est réglé à 1,5 s. Ce temps tient compte du temps de dé ionisation, du temps de réaction de la protection ainsi que du temps de fermeture du disjoncteur et des temps d’attente pour chaque étape.
Dans les réseaux HT on utilise : Le déclenchement–réenclenchement triphasé. Le cycle de réenclenchement triphasé est réglé à 3 s. Ce temps tient compte du temps de dé ionisation, du temps de réaction de la protection ainsi que du temps de fermeture du disjoncteur et des temps d’attente pour chaque étape.

Contrôle de synchronisme

Le contrôleur de synchronisme surveille les tensions des deux cotées du disjoncteur, pour autoriser ou interdire la fermeture manuelle ou automatique du disjoncteur.

PROTECTION DE DISTANCE

Une protection de distance ou « minimum d’impédance » est un relais de protection destiné à surveiller l’état de certains éléments d’un réseau électrique, en particulier les lignes ou câbles haute tension, mais également les transformateurs de puissance et les générateurs. Elle a pour fonction de détecter les défauts électriques (court-circuit sur la ligne), et de donner au disjoncteur l’ordre d’ouvrir pour mettre hors tension la ligne. On distingue trois générations de cette protection : électromécanique, statique puis numérique.Son nom vient de sa capacité à estimer à quelle distance du début de la ligne se trouve le court-circuit. Cette capacité permet au gestionnaire de réseau de transport de très rapidement envoyer sur le lieu précis de l’incident une équipe de maintenance pour remettre en état au plus vite, sans avoir à faire un examen complet de la ligne pour trouver le lieu du défaut. Une protection de distance se distingue par sa caractéristique (temps-distance) à 4 stades réglés comme suit (Figure 2.1) :
– 1er stade
Il est réglé généralement à 80% de l’impédance directe (Zd) de la ligne AB et non pas à 100% pour éviter l’empiétement sur des défauts survenant au début des lignes adjacentes (erreur introduites par TT, TC et protection). Le déclenchement est instantané (Tableau 2.2).
– 2ème stade
Il est réglé à 120% de l’impédance directe de la ligne AB et non pas à 100% pour éviter le non fonctionnement en cas de défaut survenant au bout de la ligne à protéger (erreurs introduites par TT, TC et protection). Le déclenchement est temporisé (150 à 400ms) (Tableau 2.3).
– Mise en route (stade de sécurité)
En aval
L’élément de la zone 4 aval est normalement utilisé pour détecter tous les défauts survenus sur la ligne à protéger et secourir les protections des lignes adjacentes qui ne sont pas équipées de double protection de distance. Dans ce cas, les conditions de réglages sont comme suit :
– Z4 > 1.2 Zdl (pour couvrir la ligne à protéger)
– Z4= 1.2*(Zdl+Zdladj) (pour couvrir la ligne adjacente la plus impédante) Zdladj : impédance directe de la ligne adjacente la plus impédante.
En amont
L’élément de la zone 5 en amont, généralement les réglages préconisés sont Z5=Z4 ou Z5=20%*Z4.Ces deux dernières zones sont temporisées à 2 sec (Tableau 2.5).

Fonctions de protection de distance

– Anti pompage
Le phénomène de pompage est dû à un déséquilibre du réseau lors d’une brusque variation de charge. Il peut se traduire par une désynchronisation des deux sources équivalentes des deux parts de la ligne protégée.
Le dispositif de détection de pompage permet d’éviter un déclenchement inutile lorsque le point d’impédance mesuré pénètre dans la caractéristique de mise en route, tout en permettant de déclencher si un défaut est présent. L’élément de détection de pompage permet également un déclenchement sélectif lorsqu’un déséquilibre du réseau est constaté.
– Fusion fusible
Cette fonction est utilisée pour verrouiller les éléments qui pourraient opérer de façon inadéquate pour une perte partielle ou totale d’une tension causée par la fusion d’un ou de plusieurs fusibles. Sans cette fonction, la fusion d’un fusible amène au déclenchement par minimum d’impédance.
Lorsque l’entrée logique FF est activée, la fonction protection de distance est bloquée instantanément.
– Détection de la rupture du conducteur
Dans les réseaux électriques, la majorité des défauts surviennent entre une phase et la terre ou entre deux phases et la terre. Il s’agit de court-circuit qui sont occasionnés par la foudre ou des surtensions générant des arcs électriques. D’autres court-circuit peuvent avoir des origines diverses tels que des oiseaux sur les lignes aériennes ou des dommages mécaniques sur des câbles. De tels défauts entraînent une forte augmentation du courant permettant dans la majorité des cas une détection aisée du défaut.

Exemples de protection de distance numérique

Les principaux fabricants sont les acteurs principaux sur le marché des produits hauts tension : ABB, Siemens, Schneider Electric, Areva et Alstom Grid.
– Micom P444 d’ALSTOM

Réglage de protection de distance numérique

En pratique, la protection mesure l’impédance de la ligne à chaque instant et la compare à l’impédance directe de la ligne, si celle-ci devient faible et entre dans une des zones de la protection, la protection déclenche. Ceci explique son nom : « minimum d’impédance ». Elle agit suivant la caractéristique (Figure 2.5) [2].
Pour mesurer l’impédance, la protection de distance mesure la tension et le courant en un point :
– le courant de ligne I est mesuré à l’aide d’un TC
– la tension de la ligne U est mesurée à l’aide d’un TT. Une ligne de longueur L(KM) est caractérisée par :
– Sa résistance linéique Rd ( /KM)
– Sa réactance linéique Xd ( /KM)
Ces caractéristiques sont données en se basant sur la section et le type du métal de chaque ligne.
L’impédance directe totale de la ligne est donnée par : Zd=Rd+jXd

Table des matières

CHAPITRE 1 –ENVIRONNEMENT DU STAGE
1.1 APERCU GENERAL SUR L’ONEE
1.1.1 Historique de l’ONEE
1.1.2 Objectifs de l’ONEE
1.1.3 Activités de l’ONEE
1.1.4 Organigramme de l’ONEE
1.2 DESCRIPTION DU PROJET DE FIN D’ETUDE
1.2.1 Contexte du projet
1.2.2 Tâches du projet
1.2.3 Planning du projet
CHAPITRE 2 – GENERALITES SUR LES PROTECTIONS ELECTRIQUES
2.1. NOTIONS SUR LES PROTECTIONS ELECTRIQUES
2.1.1. Fonctions de protection
2.1.2. Principaux défauts de fonctionnement
2.1.3. Protections d’un Transformateur THT/HT/MT
2.1.4. Protections d’un départ THT
2.1.5. Protection de distance
2.2. PRESENTATION DE LA SOLUTION PROPOSEE
CHAPITRE 3 – ETABLISSEMENT DE LA COMMUNICATION A DISTANCE
3.1. PARTIE COMMANDE
3.1.1. Description de l’équipement de protection de distance
3.1.2. Présentation des protocoles de communication RS232-RS485
3.1.3. Description du convertisseur
3.1.4. Réalisation de la communication avec PC station maitre
3.1.5. Logiciel micom s1
3.2. PARTIE SUPERVISION
3.2.1. La fibre optique
3.2.2. Mise en place du système de communication

Télécharger le rapport complet