Réseaux aériens et mixtes

Réglage des protections

Domaine d’application

La présente partie a pour but de donner des indications sur le réglage des protections du réseau HTA. Ainsi, pour les réseaux 20 kV, les impédances de neutre sont :

Réseaux aériens et mixtes
• résistance 40 Ω,
• bobine j 40 Ω,
• résistance 40 Ω + Bobine j 40 Ω,
• résistance 40 Ω + Bobine j 12 Ω,
• résistance 80 Ω.

Réseaux souterrains
• résistance 40 Ω,
• bobine j 12 Ω,
• résistance 12 Ω + Bobine j 12 Ω.

Caractéristiques générales des protections

Rôle

Les protections décrites ici sont destinées à la sélection et à l’élimination des défauts d’isolement de toute forme (monophasée et polyphasée). Elles ne sauraient tenir lieu de protection de surcharge, cette fonction étant, si nécessaire, assurée par d’autres dispositifs (protection thermostatique, relais thermique, …). Elles doivent permettre d’éliminer l’élément défectueux parmi les éléments suivants :
• tronçon de départ HTA ;
• départ HTA ;
• jeu de barres HTA ;
• transformateurs HTB/HTA et leur liaison aux jeux de barres HTA.

Réalisation
Le plan de protection dans le palier classique et dans le palier 86 repose sur le principe des protections ampéremétriques. Il consiste à régler le seuil de chaque relais à une valeur inférieure à la valeur de court-circuit minimal observée sur la section de réseau surveillée.

Régimes d’exploitation

Il est insuffisant de considérer uniquement le régime normal d’exploitation pour définir les grandeurs caractéristiques du réseau (à savoir : courant de pointe, de court-circuit, de capacité homopolaire) pour le réglage des protections. Il est nécessaire de prendre en compte :
• le régime de secours normal : le régime de secours normal est celui que l’exploitant est conduit assez fréquemment à adopter. Il est prévu pour rétablir ou maintenir l’alimentation d’un élément de réseau (éventuellement plusieurs) électriquement voisin dans des conditions acceptables et durables. La mise en application de ce régime ne doit pas s’accompagner d’une modification du réglage des protections.
• le régime de secours exceptionnel : le régime de secours exceptionnel est destiné à parer à des situations délicates et difficilement prévisibles. Il correspond généralement à des indisponibilités simultanées d’éléments de réseau électriquement voisins ; il peut être alors nécessaire de modifier le réglage des protections.

Principes du réglage

Les relais de mesure des protections doivent détecter tous les défauts d’isolement survenant sur la fraction du réseau qu’ils surveillent, sans risque de fonctionnement intempestif. Les protections sont placées en cascade : en principe, la sélection de l’élément du réseau en défaut s’effectue par le temps. Les protections wattmétriques homopolaires présentent de plus un caractère directionnel. En pratique, pour tenir compte du courant maximal aux différents échelons, des erreurs des transformateurs de courant et des relais de mesure, il est nécessaire d’adopter des seuils croissants d’intensité d’aval en amont. La protection amont constitue un secours de la protection aval : cependant, compte tenu de leurs réglages respectifs, le secours ne peut être assuré de façon totale. On intègre dans le réglage des protections des coefficients de sécurité (généralement 1,2 ou 0,8) qui permettent de prendre en compte les erreurs de mesures, de calcul et l’incertitude des réglages.

Réglage des protections d’un départ

Relais ampèremétrique de phase

Calcul
Les relais doivent être réglés en intensité à une valeur inférieure au plus petit courant de défaut susceptible de se manifester entre phases. Ce courant est celui qui résulte d’un défaut biphasé sans contact à la terre à l’extrémité du réseau lorsque la tension des transformateurs d’alimentation est la plus basse possible. En effet, en cas de court-circuit triphasé symétrique, seul existe le système triphasé direct (composantes symétriques).

Réglage
L’intensité de réglage Ir doit être inférieure à l’intensité Iccb du courant de court-circuit biphasé apparaissant au point du départ pour lequel l’impédance de court-circuit est la plus grande, compte tenu des régimes de secours normaux voire exceptionnels. Elle est fixée à : Ir < 0,8 Iccb

Elle doit être toutefois choisie supérieure à l’intensité du courant admissible dans le départ qui peut dépendre :
• du calibre de ses transformateurs de courant (INTC) ou du courant maximal de la ligne ou du câble (Icâble) ; dans le cas où l’intensité nominale de l’appareil est inférieure à INTC, c’est elle qu’il faut prendre en compte ;
• éventuellement du courant maximal admissible dans les dérivations.

Bien entendu, l’intensité de réglage Ir doit aussi être choisie supérieure à l’intensité du courant de pointe Ip appelée par le départ, compte tenu des régimes de secours prévus. Normalement les conditions suivantes sont réalisées : Ip < Icâble < INTC < 0,8 Iccb Par suite des possibilités de surcharge des transformateurs de courant, il est donc généralement possible de prendre :

1,3 INTC < Ir < 0,8 Iccb

Ce réglage est valable que sur les postes qui sont de type classique (protection B100) ou de palier 1986 (EPAMI). Les relais couramment utilisés (réglages de 4 A à 8 A ou de 3 A à 12 A, c’est-à-dire de 0,8 à 1,6 fois ou de 0,6 à 2,4 fois l’intensité nominale secondaire des transformateurs de courant) permettent un réglage correspondant à cette plage.

Remarque n°1 :
Il est toujours souhaitable, quel que soit le type de relais, d’utiliser les valeurs extrêmes des plages de réglage.

Remarque n°2 :
Dans les réseaux à forte densité industrielle, l’élimination d’un défaut HTB ou HTA, peut provoquer une chute de tension importante. Elle est alors suivie d’une surintensité dans tous les départs. Elle correspond à l’appel de courant des moteurs qui sont restés raccordés au réseau HTA. On doit donc adopter un réglage aussi voisin que possible de 0,8 Iccb.

Si les équations (3.6) ne sont pas vérifiées, le matériel (transformateurs de courant, appareillage, câbles et lignes) ou le schéma d’exploitation ne permettent pas d’obtenir un réglage entièrement satisfaisant des protections. Dans ce cas, la valeur à adopter résulte alors d’un compromis entre les risques de déclenchements intempestifs et de destruction des matériels.

L’exploitation conduit à avoir avec un coefficient de sécurité de 1,3 :
• 1,3 Ip (régime normal) < Ir.
La sécurité conduit à avoir :
• Ir < 0,8 Iccb (régime normal).
Le compromis doit être établi en fonction des conditions spécifiques locales.

Protection ampèremétrique homopolaire à temps constant

Principe et définition de 3Io et réglage

Lorsqu’un départ est le siège d’un défaut monophasé, son relais homopolaire est traversé par un courant Ior qui varie en fonction de la résistance du défaut, de l’impédance de mise à la terre du neutre HTA, de la tension HTA et de la capacité homopolaire du réseau. L’intensité de réglage Ior du relais homopolaire doit être la plus faible possible afin de détecter des défauts dont la résistance est la plus grande possible. Le réglage ne peut être inférieur à 6% du calibre des transformateurs de courant en raison de la saturation de ces derniers Iors des réenclenchements.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Cadre du projet
1.1. Présentation de la société JIRAMA
1.2. Faculté des Sciences et la mention Génie des Systèmes Electriques, Energétique et Hydraulique
1.3. Présentation du site d’étude
1.3.1. Présentation de la Centrale Thermique ANKIDONA
1.3.2. Présentation de la Centrale Hydroélectrique MANANDRAY
1.3.3. Présentation de la Centrale Hydroélectrique AMBODIKIMBA
1.3.4. Présentation du Réseau Interconnecté de Fianarantsoa
1.3.5. Présentation de la Sous-Station AMPOPOKA
1.4. Méthodologie appliquée et moyens matériels
1.4.1. Rappel du thème de l’étude
1.4.2. Aperçu sur les différents défauts de ligne HT
1.4.3. Aperçu sur les différentes protections de ligne HT
1.4.4. Méthodologie de dimensionnement des paramètres de réglage
Chapitre 2 : Généralités sur les réseaux HTA et les protections par relais
Introduction
2.1. Le réseau de distribution HTA
2.1.1. Modes de distribution des réseaux HTA
2.1.2. Différents types de réseaux électriques
2.1.3. Gamme des tensions utilisées
2.1.4. Modes d’alimentation des postes HTA
2.1.5. Architectures des postes HTA/BT supérieurs à 630 kVA
2.2. Protections contre les défauts entre phases
2.2.1. Principe de réglage en intensité des relais de courant de phase
2.2.2. Fonctionnement et sélectivité
2.3. Protections contre les défauts entre phase et terre
2.3.1. Rappel électrotechnique : impédance de limitation 300 A ou 150 A
2.3.2. Protection ampèremétrique à temps constant
2.3.3. Protection ampèremétrique à deux seuils homopolaires à temps constant
2.3.4. Protection ampèremétrique à temps dépendant (ou à temps inverse)
2.3.5. Protection wattmétrique homopolaire
2.3.6. Protection voltmétrique homopolaire
2.3.7. Protections contre les défauts résistants
Conclusion
Chapitre 3 : Réglage des protections
Introduction
3.1. Domaine d’application
3.1.1. Réseaux aériens et mixtes
3.1.2. Réseaux souterrains
3.2. Caractéristiques générales des protections
3.2.1. Rôle
3.2.2. Réalisation
3.2.3. Régimes d’exploitation
3.2.4. Principes du réglage
3.3. Réglage des protections d’un départ
3.3.1. Relais ampèremétrique de phase
3.3.2. Protection ampèremétrique homopolaire à temps constant
3.3.3. Protection ampèremétrique homopolaire à temps dépendant
3.3.4. Protection wattmétrique homopolaire
3.3.5. Relais de temps (protection ampèremétrique à temps constant)
Conclusion générale