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2.2 La protection générale haute tension

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05/02/2014
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2.2 La protection générale haute tension
2.1.1 Propriétés générales
Elle participe au plan de protection coordonnée des réseaux HTA. Elle est unique et assure l’interface
entre le plan de protection du réseau public HTA et le plan de protection de l’installation privée. Elle
respecte les principes de sensibilité et de sélectivité.
2.2.1 Caractéristiques fonctionnelles






Elle assure la détection et l’élimination des courts-circuits monophasés et polyphasés affectant
l’installation privée en aval du point de mesure. La performance de cette protection dépend,
d’une part, de la sensibilité de la protection, donc de ses réglages, et d’autre part des
caractéristiques électrique du réseau privé:
 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 pouvoir détecter les courts-circuits sur la liaison BT entre le transformateur et le
tableau général basse tension (T.G.B.T). Elle doit également assurer le secours de la protection
général basse tension (D.G.P.T) en cas de court-circuit sur le tableau basse tension.
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 entraîner le fonctionnement de la protection.
Elle doit être insensible aux courants transitoires d’enclenchement du (des) transformateur(s).
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 « Sn » 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 résiduels définit et réglés en cohérence avec le régime de neutre et 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.
2.2.2 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
Michel LAMBERT 05/02/2014
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05/02/2014
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L’intensité minimale de coupure est en principe suffisamment faible pour être dépassée dans la
plupart des cas 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 fonctionner, durant quelques instants, en réseau isolé
sur le court-circuit. La puissance de court-circuit apportée par la centrale peut être alors nettement
inférieure à la valeur correspondant à l’intensité minimale de coupure.
La puissance de court-circuit minimale capable de provoquer la fusion d’un 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
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 par 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 du ou des fusibles. Cette fonction est assurée normalement par la protection
de découplage dont l’action est instantanée pour les courts-circuits polyphasés.
Dans le cas où la protection de découplage contre les défauts polyphasés est temporisée (protection
type H3), il est préférable de remplacer les fusibles par un disjoncteur (1) et une protection à relais
indirect (art. 433.2 de la NF C13-100).
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 primaire du transformateur HTA/BT étant du type IT, celui-ci n’est pas
générateur de courant homopolaire.
2.2.3 Fonctionnement pour un court-circuit affectant 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.
20kV
In
Scc=40 MVA
Ip1
Ip2
Ip3
Phase1
Sn/Ucc
DGCP
410 V
Dyn11
Phase2
La puissance de court-circuit au point de livraison est fixée à 40 MVA.
L’intensité minimale de coupure des fusibles est fixée par défaut à 5 In (tableau précédent). On mesure
les surintensités « Ip »au primaire du transformateur
Sn
Ucc
Intensités primaire
Ip1
Ip2
Ip3
Ip1/I3
Ip/I3
Ip2/I
Ip3/I
3
3
250 kVA
4%
78
156
78
0,97
1,95
0,97
400 kVA
4%
116
232
116
0,54
1,08
0,54
630 kVA
4%
163
326
163
0,76
1,52
0,76
1250 kVA
6%
198
396
198
0,63
1,26
0,63
Pour un rapport Ip/I3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions n’est pas garantie.
Dans tous les cas, le fusible HTA de la phase 2 éliminera le défaut au secondaire du transformateur
dans de bonnes conditions.
b) Cas d’un défaut monophasé
1
Complétée éventuellement d’une protection wattmétrique homopolaire (PWH) spécifiée pour le neutre
compensée.
Michel LAMBERT 05/02/2014
10
05/02/2014
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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
20kV
In
Ip1
Ip2
Ip3
Scc=40 MVA
Sn
250 kVA
400 kVA
630 kVA
1250 kVA
Ucc
4%
4%
4%
6%
Phase1
Sn/Ucc
Dyn11
Intensités primaire
Ip1=Ip2=94 A et Ip3=0
Ip1=Ip2=143 A et Ip3=0
Ip1=Ip2=208 A et Ip3=0
Ip1=Ip2=258 A et Ip3=0
DGCP
410 V
Neutre
Ip1/I3
1,175
0,665
0,98
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.
2.2.4 Cas du neutre compensé
Ce régime de neutre ne permet pas la fusion d’un fusible sur un court-circuit monophasé.
Dans le cas où le réseau de distribution publique est exploité avec un neutre compensé, le gestionnaire
du réseau pourra exiger que la protection par fusibles soit complétée par une protection wattmétrique
homopolaire (PWH) spécifiée pour ce régime de neutre.
2.2.5 En conclusion
Pour 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.
Dans le cas d’un réseau insulaire où la puissance de court-circuit HTA est généralement faible, la
protection par fusibles doit être étudiée.
Michel LAMBERT 05/02/2014
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