1.1 La protection générale haute tension
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1.1 La protection générale haute tension
Michel LAMBERT [email protected] le19/10/2008 1.1 La protection générale haute tension 2.1.1 Propriétés générales • • • • • • Elle assure la détection et l’élimination des courts-circuits monophasés et polyphasés affectant les parties des réseaux HTA et BT en aval du point de mesure, transformateur HTA/BT compris. La zone de surveillance dépend d’une part de la sensibilité de la protection, donc de son réglage et d’autre part des caractéristiques du réseau privé telles que: − La puissance de court-circuit au point de livraison, − La puissance du transformateur HTA/BT, − Le schéma de liaison à la terre du réseau BT. Elle doit détecter les courts-circuits sur la liaison BT entre le transformateur et le T.G.B.T et assurer le secours de la protection général basse tension (D.G.P.T) en cas de court-circuit sur le tableau basse tension (T.G.B.T). Elle est sélective avec les protections du réseau public et la protection générale du T.G.B.T. Le courant de court-circuit injecté par la centrale, lors d’un défaut affectant le réseau public HTA, ne doit pas solliciter la protection. Elle ne doit pas être sollicitée par les courants transitoires d’enclenchement du transformateur. Les seuils de détection contre les défauts polyphasés sont calculés en fonction de l’intensité de base définie à partir de la puissance « Sn » du transformateur lorsqu’il est unique ou de la somme « ΣSn » des puissances des transformateurs. IB = • • Sn Un × 3 . Les courts-circuits à la terre sont éventuellement détectés par des relais de courant ou de puissance homopolaire réglés en cohérence avec le plan de protection du réseau public HTA. Lorsque l’intensité de base « IB » est inférieure à 45 A, la protection est assurée de préférence par un jeu de fusibles conformes à la norme NF C 64-210 associé à un interrupteur tripolaire. De ce fait, la coupure est toujours triphasée. 1.1.1 La protection par fusibles Lorsque le poste de livraison comporte un seul transformateur, l’intensité assignée « In » des fusibles dépend de la puissance installée. Le choix des fusibles est défini par la norme NF C 13-100. Cette protection, des plus rustiques, est simple et peu couteuse. Elle présente cependant l’inconvénient d’être peu fiable pour les faibles surintensités. Un fusible est caractérisé par un intervalle de non coupure compris entre l’intensité du courant assignée (In) et une intensité minimale de coupure (I3). Les fusibles couramment utilisés présentent un courant minimal de coupure compris entre 2 et 5 fois l’intensité assignée. Lorsque le courant à couper est à l’intérieure de cette zone, il existe un risque d’évolution vers un incident majeur. Photo ABB L’intensité minimale de coupure est souvent suffisamment faible pour être dépassée dans la plupart des cas notamment lorsque c’est le réseau public, avec sa puissance de court-circuit qui alimente le défaut. Le risque existe cependant lorsqu’un court-circuit polyphasé affecte le réseau public. Après ouverture du disjoncteur au poste source, la centrale peut se retrouver à alimenter seul le défaut durant quelques instants. La puissance de court-circuit apportée par la centrale peut être alors nettement inférieure à la valeur correspondant à l’intensité minimale de coupure. Michel LAMBERT [email protected] le19/10/2008 La puissance de court-circuit minimale capable de provoquer la fusion du fusible dans de bonnes conditions doit être supérieure aux valeurs du tableau. Sn transfo 250 kVA 400kVA 630kVA 1250kVA In (en 20 kV) 16 A 43 A 43 A 63 A I3 (en 20 kV) 80 A 215 A 215 A 315 A Scc mini (en 20 kV) 2,8 MVA 7,5 MVA 7,5 MVA 11 MVA I3 est l’intensité minimale de coupure du fusible (fixée par défaut dans notre exemple à 5 In) In est fixée par la norme NF C13-100 en fonction de Sn transfo. Scc mini est la puissance de court-circuit correspondant à la valeur de I3. Les valeurs de Sccmini ne pouvant être obtenues avec des machines dont la puissance est inférieure à 1250kVA, il est nécessaire de découpler immédiatement l’alternateur à l’apparition du court-circuit afin d’éviter la destruction des fusibles et éventuellement de la cellule départ «transformateur ». Cette fonction est assurée normalement par la protection de découplage instantanée pour les courts-circuits polyphasés. Dans le cas où la protection de découplage contre les défauts polyphasés est temporisée (protection type H3), les fusibles seront remplacés par un disjoncteur et une protection associée1. Ce problème n’existe pas lorsque le réseau public HTA est le siège d’un défaut monophasé. En effet le schéma de liaison à la terre du transformateur HTA/BT étant du type IT, il n’est pas générateur de courant homopolaire. 1.1.2 Fonctionnement pour un court-circuit sur la basse tension a) Cas d’un défaut polyphasé On crée un court-circuit entre les phases 1 et 2 sur les bornes secondaires d’un transformateur sans charge. Ip1 Phase1 20kV Sn/Ucc DGCP Ip2 In Ip3 410 V Scc=40 MVA Dyn11 Phase2 La puissance de court-circuit au point de livraison est fixée à 40 MVA. La valeur de I3 est fixée à 5 In. On mesure les surintensités au primaire du transformateur Sn Ucc 250 kVA 400 kVA 630 kVA 1250 kVA 4% 4% 4% 6% Intensités primaire Ip1 Ip2 Ip3 78 156 78 116 232 116 163 326 163 198 396 198 Ip1/I3 0,97 0,54 0,76 0,63 Ip/I3 Ip2/I3 Ip3/I3 1,95 0,97 1,08 0,54 1,52 0,76 1,26 0,63 Pour un rapport Ip1/I3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions n’est pas garantie. Dans tous les cas, le fusible de la phase 2 éliminera le défaut au secondaire du transformateur dans de bonnes conditions. b) Cas d’un défaut monophasé Le schéma de liaison à la terre étant de type TN ou TT, tout court-circuit monophasé entraine une surintensité au primaire du transformateur qui doit normalement provoquer la fusion du fusible. Considérons un court-circuit entre la phase 1 et le neutre sur les bornes secondaires du transformateur. On mesure les surintensités au primaire du transformateur 1 Complétée éventuellement d’une protection wattmétrique homopolaire (PWH) spécifiée pour le neutre compensée. Michel LAMBERT [email protected] le19/10/2008 20kV In Scc=40 MVA Ip1 Ip2 Ip3 Phase1 Sn/Ucc DGCP 410 V Dyn11 Neutre Sn Ucc Intensités primaire Ip1/I3 250 kVA 4% Ip1=Ip2=94 A et Ip3=0 1,175 400 kVA 4% Ip1=Ip2=143 A et Ip3=0 0,665 630 kVA 4% Ip1=Ip2=208 A et Ip3=0 0,98 1250 kVA 6% Ip1=Ip2=258 A et Ip3=0 0,82 Pour un rapport Ip1/I3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions n’est pas garantie. On constate qu’à l’exception du cas du transformateur de 250 kVA, les fusibles HTA risquent d’être mis en difficulté pour un défaut monophasé au secondaire du transformateur. Dans le cas d’un réseau insulaire où la puissance de court-circuit HTA est de 10 MVA, la protection par fusibles doit être déconseillée. Pour un transformateur de 400 kVA, Ip = 100 A et Ip/I3=0,46.