1.1 La protection générale haute tension

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Extrait de l’ouvrage « le raccordement des centrales sur les réseaux publics de distribution »
1.1
La protection générale haute tension
Ses propriétés sont les suivantes:
 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 est sélective avec les protections du réseau public et les protections du réseau BT
au secondaire du transformateur.
 Le courant de court-circuit injecté par la centrale, lors d’un défaut affectant le réseau
public HTA, ne doit pas solliciter la protection.
 Les seuils de détection contre les défauts polyphasés sont calculés en fonction de
l’intensité de base définie par la puissance « Sn » du transformateur lorsqu’il est
unique ou de la somme « Sn » des puissances des transformateurs.
IB 
Sn
Un  3
.
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.
2.2.1 Cas d’une protection par fusible
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.
Photo ABB
Lorsque le courant à couper est à l’intérieure de cette zone, il existe un risque d’explosion du
fusible.
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
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alimenter seule 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. Pour cette valeur, 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
In (en 20 kV)
I3 (en 20 kV)
Scc mini (en 20 kV)
250 kVA
16 A
80 A
2,8 MVA
400kVA
43 A
215 A
7,5 MVA
630kVA
43 A
215 A
7,5 MVA
1250kVA
63 A
315 A
11 MVA
Les valeurs de Sccmini ne pouvant être obtenues avec des machines dont la puissance est
inférieure à 1250 kVA, 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 ». Ce rôle est assuré normalement par la protection de
découplage qui fonctionne instantanément 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 HTA de liaison à la terre du transformateur HTA/BT étant du type IT, il
n’est pas générateur de courant homopolaire.
Fonctionnement en secours pour un court-circuit sur la basse tension
a) Cas d’un défaut polyphasé
La surintensité provoquée en HTA par un court-circuit polyphasé près du transformateur est
suffisamment importante pour que les fusibles HTA puissent éliminer le défaut 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 d’un
transformateur sans charge.
20kV
In
Ip1
Ip2
Ip3
Scc=40 MVA
Choix et caractéristiques des fusibles HTA
Sn transfo
250 kVA
IB (en 20 kV)
7,2 A
In (en 20 kV)
16 A
I3 (en 20 kV)
80 A
Phase1
Sn/Ucc
DGCP
410 V
Dyn11
400kVA
11,5 A
43 A
215 A
Neutre
630kVA
18,2 A
43 A
215 A
1250kVA
36 A
63 A
315 A
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
On calcule la surintensité au primaire du transformateur pour différentes puissances de
transformateur. La puissance de court-circuit HTA est fixée à 40 MVA.
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Complétée éventuellement d’une protection wattmétrique homopolaire (PWH) spécifiée pour le neutre
compensée.
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Sachant que l’intensité minimale de coupure peut atteindre 5 fois le courant spécifié du
fusible, on compare la surintensité Ip à l’intensité minimale de coupure (I3) du fusible.
Sn Transfo
Ucc transfo
Intensité 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=211 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.
Pour garantir que la coupure se fasse dans de bonnes conditions, il est judicieux de choisir des
fusibles présentant un rapport In/I3 ≤ 3. Il faut cependant s’assurer qu’une telle caractéristique
ne soit pas de nature à entrainer la fusion d’un fusible sur un court-circuit affectant le réseau
public ou sur des transitoires d’enclenchement du transformateur HTA/BT.
2.2.2 Cas d’une protection par disjoncteur
La norme NF C 13-100 prévoit qu’il convient de remplacer la cellule « interrupteur-fusibles »
par une cellule « disjoncteur » dans le cas où la protection de découplage contre les défauts
polyphasés est temporisée (protection type H3).
La détection des défauts polyphasés est alors assurée par une protection à maximum
d’intensité réglée entre 5 et 8 Ib.
Le réglage doit également satisfaire à la relation ≤0,8 Iccbimini avec Iccbi min 
SccHTA
2U
SccHTA est la puissance de court-circuit minimale du réseau au point de livraison. Elle est
fixée par le distributeur et dépend du schéma d’exploitation. On peut considérer que les
réseaux du continent présentent une puissance de court-circuit supérieure à 20 MVA.
U est la tension contractuelle au point de livraison. Elle est généralement fixée à 15000 V ou
20000 V suivant les réseaux.
20000
Dans ces conditions, Iccbi min 
 500A sur un réseau HTA et 0,8 Iccbimini = 400A
2  20
Tension HTA 20 kV
S transformation
250 kVA
400 kVA
630 kVA
1000 kVA
Ib
7,2 A
11,5 A
18,2 A
28,9 A
Réglage
36 A≤≤58 A
58 A≤≤92 A
91 A≤≤146 A
145≤≤231 A
TC classe 15 VA; 5P20
10/5
15/5
25/5
40/5
On constate que pour ces puissances, le réglage satisfait à la condition  ≤400 A.
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La détection des courts-circuits monophasés sur les équipements HTA de la centrale est
obtenue suivant deux principes:
 Lorsque le réseau public est exploité avec un neutre impédant2, la détection des défauts
monophasés est réalisée par une protection à maximum d’intensité. Compte tenu de
l’architecture du réseau interne au site de production, on réglera la protection par défaut à
une valeur o=6 A (HTA).
 Si le réseau public est exploité avec un neutre compensé, la détection du court-circuit est
assurée par une protection wattmétrique homopolaire (PWH) spécifiée pour ce régime de
neutre. On réglera la protection suivant les directives du distributeur. Afin de tenir compte
d’un éventuel schéma de secours à partir d’un réseau dont le régime de neutre est
faiblement impédant, la fonction « Max de I homopolaire » est maintenue.
 Dans tous les cas le circuit intensité sera alimenté par un tore homopolaire 100/1 A.
2
150 A <INeutre <1000 A
4