PROTECTION DES LIGNES DE TRANSPORT D’ELECTRICITE

DEFINITION La protection de distance est un relais de mesure d’impédance qui prend en compte en permanence, les grandeurs V et I d’une même phase pour évaluer l’impédance Z = V/I du réseau sur cette phase, vue du point où est situé le relais de mesure. Cette évaluation d’impédance est réalisée en général sur les trois phases, soit entre phase et neutre, soit entre phases. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 1 PROTECTION DE DISTANCE

NATURE DES DEFAUTS Quelle que soit la cause, un défaut peut être fugitif ou permanent :  DÉFAUT FUGITIF Si, après un isolement de courte durée, l’ouvrage concerné peut être remis sous tension  DÉFAUT PERMANENT lorsqu’il s’accompagne d’une avarie de matériel nécessitant une intervention pour réparation ou contrôle avant remise en service de l’ouvrage. TYPES DE DEFAUTS  LES COURT-CIRCUITS.  LES SURTENSIONS.  LES SURCHARGES.  LES OSCILLATIONS.  LES DÉSÉQUILIBRES. 2 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES COURTS-CIRCUITS DEFINITION  La mise en connexion volontaire ou accidentelle de deux points (ou plus) d’un circuit électrique entre lesquels existe une différence de potentiel. CONSEQUENCES  DES CHUTES DE TENSION (CREUX DE TENSION) SUR LE RÉSEAU, dont l’amplitude et la durée sont fonction de la forme - monophasé ou polyphasé- des défauts, de leur emplacement, ainsi que des temps d’élimination.  DES CONTRAINTES D’ÉCHAUFFEMENT ET DES EFFORTS ÉLECTRODYNAMIQUES au niveau des matériels qui peuvent avoir des effets destructeurs si les limites de tenue du matériel sont dépassées.  DES CONTRAINTES DYNAMIQUES (en particulier, d’accélération) au niveau des groupes de production. 3 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES COURTS-CIRCUITS FORMES D’UN COURT-CIRCUIT MONOPHASÉ : Une phase est reliée au neutre ou à la terre. BIPHASÉ À LA TERRE OU ISOLÉ : Les défauts biphasés isolés sont fréquemment causés par vent violent faisant toucher les conducteurs de deux phases d’une ligne. T RIPHASÉ À LA TERRE OU ISOLÉ: Dans les réseaux aériens, de 80 à 90  environ des défauts sont monophasés et la plupart d’entre eux sont fugitifs. 4 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES SURTENSIONS Une surtension est une impulsion ou une onde de tension qui se superpose à la tension nominale du réseau 5 E XEMPLE DE SURTENSIONS. GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES SURTENSIONS Une surtension est caractérisé par:  le temps de montée tf (en μs),  la pente S (en kV/μs). Une surtension perturbe les équipements et produit un rayonnement électromagnétique. En plus, la durée de la surtension (T) cause un pic énergétique dans les circuits électriques qui est susceptible de détruire des équipements. 6 P RINCIPALES CARACTÉRISTIQUES D ’ UNE SURTENSION. GENERALITES SUR LES DEFAUTS

La notion de surtension dans un réseau est quantifiée par l’amplitude et la forme de l’onde ainsi que par la durée de la perturbation : COEFFICIENT DE SURTENSION : rapport de l’amplitude crête de la tension atteinte à la valeur efficace de la tension de service. TYPES DE SURTENSIONS  SURTENSION PERMANENTE DE FORME SINUSOÏDALE (à fréquence industrielle), de longue durée(supérieure à 1 heure).  SURTENSION TEMPORAIRE DE FORME SINUSOÏDALE (autour de la fréquence industrielle), de durée relativement longue (comprise entre 1,5 fois la période industrielle et 1 heure).  SURTENSION TRANSITOIRE de forme oscillatoire ou non et généralement vite amortie, de courte durée (inférieure à la période industrielle) ; cette catégorie regroupe les surtensions à front lent (type choc de manœuvre), à front rapide (type choc de foudre), à front très rapide.  LES SURTENSIONS 7 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES SURTENSIONS LES DIFFÉRENTES FORMES DE SURTENSIONS. 8 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

CARACTÉRISATION DE L’ONDE DE FOUDRE L’analyse des phénomènes permet de définir les types d’ondes de courant et de tension de foudre. 2 types d’onde de courant sont retenus par les normes CEI : o ONDE 10/350 μ S : pour caractériser les ondes de courants de coup de foudre direct (qui tombe directement sur la ligne) O NDE DE COURANT 10/350 μ S. 9  LES SURTENSIONS GENERALITES SUR LES DEFAUTS

CARACTÉRISATION DE L’ONDE DE FOUDRE o ONDE 8/20 μS : pour caractériser les ondes de courants de coup de foudre indirect (qui tombe sur la pylône ou le câble de garde à proximité de la ligne) Ces 2 types d’onde de courant de foudre sont utilisés pour définir les essais des parafoudres (norme CEI ) et l’immunité des équipements aux courants de foudre. La valeur crête de l’onde de courant caractérise l’intensité du coup de foudre. O NDE DE COURANT 8/20 μ S. 10  LES SURTENSIONS GENERALITES SUR LES DEFAUTS

CARACTÉRISATION DE L’ONDE DE FOUDRE Les surtensions crées par les coups de foudre sont caractérisées par une onde de tension 1,2/50 μ s. Ce type d’onde de tension est utilisé pour vérifier la tenue des équipements aux surtensions d’origine atmosphérique (tension de choc suivant CEI ). O NDE DE TENSION 1,2/50 μ S. 11  LES SURTENSIONS GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES SURCHARGES DEFINITION  Une ligne ou un transformateur est en surcharge lorsqu’il est traversé par un courant supérieur à son courant nominal. Les surcharges se traduisent donc par des surintensités durables ou fugitives. CAUSES DE SURCHARGE o Les courts-circuits o Les points de consommation et de transit o Les reports de charge sur une ligne ou un transformateur lorsqu’il y a eu modification de la topologie du réseau. CONSÉQUENCES DE SURCHARGE 12  Les effets calorifiques à long terme (échauffement) qui apparaissent au bout d’un temps qui dépend de l’inertie thermique de l’ouvrage considéré et de ses conditions de refroidissement.  Des points défectueux (tresses conductrices en mauvais état, contacts de sectionneurs oxydés etc..) constituant des points chauds. GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES OSCILLATIONS DEFINITION  Ce sont des oscillations amorties des alternateurs qui subissent une variation brusque de charge CAUSES DES OSCILLATIONS o Les courts-circuits o le faux couplage (U, f,  ) o la perte de synchronisme entre les groupes. CONSÉQUENCES DES OSCILLATIONS  Déclenchement des groupes de production par perte de synchronisme,  Surintensités,  Battements de tension,  Clignotement des lampes,  Variation de vitesse des moteurs,  Efforts anormaux sur les alternateurs et les turbines,  Répercussions très graves parfois : ouverture d’interconnexions, baisse de fréquence,…. 13 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

 LES DESEQUILIBRES Un déséquilibre peut être provoqué par un ou deux pôles d’un disjoncteur ou sectionneur qui sont restés fermés ou ouverts ou par une coupure d’une phase ou d’une bretelle qui n’a pas entraîné un court-circuit. Bien que les déséquilibres ne s’accompagnent pas, en général, de manifestations violentes, leurs conséquences n’en sont pas moins importantes. Ils déterminent des vibrations et des échauffements anormaux des moteurs et des alternateurs. 14 GENERALITES SUR LES DEFAUTS

REMEDES ET SOLUTIONS APPLIQUEES CONTRE LES DEFAUTS Les conséquences des défauts indiquées précédemment nécessitent et justifient l’application des mesures appropriées pour limiter les dégâts et assurer une continuité du service meilleure. On distingue les dispositions suivantes :  DISPOSITIONS PRÉVENTIVES: destinées à éviter l’apparition des défauts sur le réseau.  DISPOSITIONS CONSÉCUTIVES: destinées à agir après l’apparition d’une perturbation inévitable. 15

REMEDES ET SOLUTIONS APPLIQUEES CONTRE LES DEFAUTS  DISPOSITIONS PRÉVENTIVES: DISPOSITIONS PRISES A LA CONSTRUCTION CONTRE LES SURTENSIONS. Mise à la terre du neutre,  Mise à la terre des supports,  Utilisation du câble de garde,  Installation des parafoudres,  Equipement des transformateurs de spires de choc. CONTRE LES DÉPÔTS SUPERFICIELS  Eloignement des installations en cas de pollutions industrielles,  Choix correct des isolateurs en cas de pollutions marines. CONTRE LES FAUSSES MANŒUVRES PAR L’UTILISATION DES VERROUILLAGES. 16 P ARAFOUDRE EN PORCELAINE

REMEDES ET SOLUTIONS APPLIQUEES CONTRE LES DEFAUTS DISPOSITIONS PRISES EN EXPLOITATION  Utilisation et application des consignes d’exploitation.  Entretien et contrôle périodique des installations. 17

REMEDES ET SOLUTIONS APPLIQUEES CONTRE LES DEFAUTS  DISPOSITIONS CONSÉCUTIVES LIMITATION DU COURANT DE COURT-CIRCUIT  Impédance du neutre  Réactances internes des alternateurs et des transformateurs  Choix de topologie du réseau  Fonctionnement en jeu de barres séparées ISOLEMENT DES INSTALLATIONS ATTEINTES  Limitation des reports de charges à l’aide des dispositifs watt-métriques de débouclage.  Limitation des manques de production en utilisant les dispositifs de délestage et d’îlotage.  Accélération de reprise du service o Action du dispatching. o Consignes autonomes. o Coupleurs automatiques. o Réenclenchement automatique. 18

ROLE ET QUALITE EXIGEE D’UN SYSTÈME DE PROTECTION 19  OBJECTIF Le but des dispositifs de protection est de surveiller en permanence l’état électrique des éléments d’un réseau, et de provoquer leur mise hors tension (par l’ouverture des disjoncteurs) lorsque ces éléments sont le siège d’un fonctionnement anormal, d’un court-circuit, ou d’un défaut d’isolement. Un bon dispositif de protection doit être :  QUALITES  SELECTIF Il doit éliminer du réseau, par l’intermédiaire du ou des disjoncteurs associés, l’élément affecté d’un défaut, et seulement celui-ci.  RAPIDE Le système de protection doit limiter au mieux les effets des perturbations, de manière à éviter les détériorations du matériel, et sauvegarder la continuité de service de réseau. La protection doit fonctionner dans un temps aussi court que possible. Dans la plupart des réseaux HT, c’est le maintien de la stabilité transitoire de fonctionnement des groupes générateurs qui impose le temps maximal d’élimination des défauts, essentiellement des défauts polyphasés qui sont les plus contraignants.

ROLE ET QUALITE EXIGEE D’UN SYSTÈME DE PROTECTION 20  FIABLE La notion de fiabilité recouvre à la fois l’absence de fonctionnement intempestif (sûreté) et l’absence de défaut de fonctionnement (sécurité). Le non-fonctionnement d’une protection est contraignant s’il conduit à une élimination tardive et non sélective des défauts.  INDEPENDANT Au point de vue comportement, de la configuration du réseau. La protection ne doit pas limiter la souplesse d’utilisation du réseau protégé en prohibant certains schémas d’exploitation.  INSENSIBLE AUX ANOMALIES DE FONCTIONNEMENT DU RESEAU Qui ne seraient pas celles pour lesquelles la protection doit agir. Par exemple, une protection contre les court-circuits ou les défauts d’isolement doit rester insensible aux surcharges, aux oscillations (marche hors synchronisme), afin que les équipements spécialisés pour remédier à ces cas puissent assurer leur fonction.

ROLE ET QUALITE EXIGEE D’UN SYSTÈME DE PROTECTION 21  SENSIBLE Le système de protection doit fonctionner même si les circonstances sont elles que les courants de défauts sont réduits (défauts résistants). Certains défauts à la terre peuvent être très résistants (amorçage avec de la végétation, conducteur tombé au sol par exemple) et la résistance du défaut contribue alors à la réduction du courant de défaut. Il apparaît donc que le niveau des courants de défaut peut descendre à des valeurs très faibles, parfois inférieures aux courants de charge normaux. De telles conditions sont particulièrement contraignantes pour les protections qui doivent être très sensibles et avoir une dynamique de fonctionnement importante. Ces aspects ne doivent jamais être perdus de vue lorsque l’on a à concevoir un système de protection  AVOIR UNE FAIBLE CONSOMMATION Les puissances demandées aux réducteurs de courant et de tension ne doivent pas être trop importantes, car le coût de ces réducteurs serait élevé.

TECHNOLOGIE DES PROTECTIONS 22 LA PROTECTION ÉLECTROMÉCANIQUE  La technologie la plus ancienne à base de disque électromécanique.  Utilisation des relais simples et spécialisés (contrôle de U, de I, de fréquence…) : Relais mono fonction. - possède une faible précision -Leurs réglage sont susceptibles de dérive dans le temps P ROTECTION ELECTROMECANIQUE

TECHNOLOGIE DES PROTECTIONS 23 L A PROTECTION STATIQUE  Protection Electronique à base de transistors  Protection mono fonction - Amélioration de précision - fidélité - Amélioration de temps de réponse P ROTECTION STATIQUE

TECHNOLOGIE DES PROTECTIONS 24 LA PROTECTION NUMERIQUE  Protection paramétrable : choix de réglages étendu.  Interface graphique pour supervision des grandeurs électriques.  Unité de contrôle et de commande. -Rapide. - Grande précision. - Réduction de câblage. - Présence d’un enregistreur de perturbographes. P ROTECTION DE DISTANCE NUMERIQUE

PROTECTION DES LIGNES DE TRANSPORT  PROTECTION DE DISTANCE Ce sont des protections dont le fonctionnement et la sélectivité ne dépendent que de la mesure des grandeurs électriques à l’extrémité de l’ouvrage protégé où elles sont installées 25 P RINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA PROTECTION DE DISTANCE

PROTECTION DES LIGNES DE TRANSPORT  PROTECTION DIFFÉRENTIELLE CÂBLE Ce sont des protections dont le fonctionnement et la sélectivité ne dépendent que de la comparaison entre les grandeurs électriques des extrémités de l’ouvrage protégé ou autour de la zone protégée. 26 P RINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA PROTECTION DIFFÉRENTIELLE CABLE Ces protections ne fonctionnent que pour les défauts situés à l’intérieur de la zone protégée.

LES REDUCTEURS DE MESURE  TRANSFORMATEURS DE COURANT (TC) Les transformateurs de courant (TC) sont branchés en série avec la ligne ou le câble. Les TCs de mesure doivent être précis pour un faible pourcentage de surcharge. Les TCs de protection doivent rester précis pour des courants pouvant atteindre 20 In vu qu'ils sont destinés à mesurer des courants de défauts. 27 T RANSFORMATEUR DE COURANT TRIPHASÉ, À DEUX ENROULEMENTS SECONDAIRES.

LES REDUCTEURS DE MESURE  TRANSFORMATEURS DE TENSION ( TP ) Un transformateur de tension est un transformateur de mesure dans lequel la tension secondaire est proportionnelle à la tension primaire. Les transformateurs de tension sont branchés en dérivation sur la ligne 28 T RANSFORMATEUR DE TENSION TRIPHASÉ, À DEUX ENROULEMENTS SECONDAIRES.

SCHEMA UNIFILAIRE D’UNE TRAVEE LIGNE Protection différentielle Barre Protection de distance1 MICOM P442 Protection de distance 2 Siemens 7SA612 Superviseur de mesure PROTECTION DE DISTANCE PRINCIPALE 1 PROTECTION DE DISTANCE PRINCIPALE 2 29

SCHEMA UNIFILAIRE D’UNE TRAVEE CABLE PROTECTION DE DISTANCE PROTECTION DIFFERENTIELLE CABLE 30