05/02/2014 [email protected] 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 9 05/02/2014 [email protected] 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 [email protected] 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 11
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