Production - Transport et Distribution d Energie

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1 Le Minisère de l'enseignemen Supérieur e de la Recherche Scienifique Universié Viruelle de Tunis Réalisé par : Mme Souad Chebbi Aenion! Ce produi pédagogique numérisé es la propriéé exclusive de l'uvt. l es sricemen inerdi de le reproduire à des fins commerciales. Seul le éléchargemen ou impression pour un usage personnel ( copie par uilisaeur) es permis.

2 Objecifs spécifiques A la fin de ce chapire, l éudien sera capable de : -choisir les moyens de proecions adéquas permean la coninuié de service d un réseau élecrique 5. nroducion Pour assurer le foncionnen sans à coup des insallaions élecriques à couran for, il fau éliminer rès rapidemen ous les faceurs pouvan perurber le service. Dans les grandes insallaions, surou dans les cenrales e les poses de ransformaion, cela es assuré auomaiquemen par des proecions par relais. 5. Moyens de proecions Un relais de proecion es un disposiif auomaique qui donne des ordres de sorie desinés à la commande d un disjonceur pour la mise hors ension un circui lorsque l éa de ses grandeurs élecriques qui l alimenen, franchi un seuil déerminé. Un sysème de proecion bien éabli doi êre à la fois : - Sélecif, capable de ne rerancher du réseau que l organe affecé d un défau e de n éliminer que celuici. - Rapide e ce pour limier les dégâs dus aux courans de cour circui e pour évier qu un simple défau ne dégénère. Les relais de proecion doiven foncionner dans des emps aussi cours que possible : Le emps de déclenchemen es limié par le emps propre du couran, le emps du disjonceur e par les condiions pour assurer le déclenchemen sélecif, 3- Fiable, 4- Sensible, cee sensibilié ne doi pas êre exagérée au dessus de ce qui es nécessaire sans présener des inconvéniens. 5.. Réduceurs de mesures desinés aux proecions Les grandeurs qui serven à alimener les proecions, son choisies parmi les courans e les ensions des phases. Selon le ype de mesure que l on se propose d effecuer, on les prendra seules ou combinées. l es impossible d accéder aux grandeurs réelles dés que leur poeniel dépasse quelques cenaines de vols. Les relais devron donc êre alimenés à parir de réduceurs de mesure (couran e ension) qui assureron d abord l isolemen par rappor à la haue ension e ensuie ramèneron à une échelle plus commode les grandeurs à mesurer. Les ransformaeurs de ensions donnen une ension nominale de 00 vols e les ransformaeurs de courans donnen un couran nominal soi de 5 ampères soi de ampère : Pour cee raison, ces ypes de relais Mme Souad Chebbi

3 son appelés des relais secondaires par posiion aux relais direcs qui son des relais que l on rouve dans les élémens à basses ension (figures 5.). Fig. 5. : Relais primaire (direc) 5.. Proecion à maximum de couran En présence d un cour circui en un poin du réseau, le couran de cour circui parcour ous les ronçons depuis la source jusqu au poin du défau : Tous les disposiifs se meen en marche en respecan les condiions de sélecivié. Pour cee raison, on doi faire munir ous les disposiifs de proecions, de emporisaions qui augmenen dans le sens inverse à celui du passage du couran. Pour la proecion à maximum de couran, on disingue deux ypes de proecions qui son la proecion à maximum de couran à reard dépendan e la proecion à maximum de couran à reard indépendan, appelée proecion à emporisaion. Pour le second ype de proecion, le emps de réponse du relais es indépendan de la valeur du couran de cour circui (figure 5.). (A) Fig.. 5. : Schéma de la proecion à maximum de couran à reard indépendan Les deux ypes de proecions son caracérisés par : a- Le couran de foncionnemen circulan dans le circui primaire fp dans le cas où on a des relais indirecs, b- Le couran de foncionnemen dans le circui secondaire fr : Couran circulan dans le relais. 3 Mme Souad Chebbi

4 5... Condiions de foncionnemen L une des condiions à remplir par les relais, es le non foncionnemen en présence d un couran maximal de la charge : Le relais ne doi foncionner que si le couran qui le raverse soi supérieur au couran en charge : fp f charge Pour avoir une proecion bien réglée, il fau que le couran de remise à la posiion iniiale R soi supérieur au couran du réseau immédiaemen après le déclenchemen du cour circui (figure 5.3). fp R démarrage = res.max charge.max n Régime Normal Courcircui Auo démarrage des moeurs (sec) 5... Crières de choix Fig : Evoluion du couran au cours des différens régimes Pour faire le choix convenable du relais à insérer dans le circui à proéger, il fau que le couran réseau maximum suppore les courans de démarrages des machines élecriques : res.max = dem =K. charge avec K 3 Le coefficien K dépend du ype de charges présenes dans le sysème élecrique. En effe, si on suppose que l accroissemen du couran provoqué par le démarrage des moeurs es caracérisé par le coefficien K d, e que la sureé de foncionnemen de la proecion es définie par un coefficien de fiabilié K s, le coefficien K sera défini par : K =K d.k s avec :. K s.5 Le couran de remise à la posiion iniiale doi êre supérieur à K. ch.max : R f K charge..max 4 Mme Souad Chebbi

5 Le couran de foncionnemen de la proecion es défini par : R fp = = K R K K R charge..ma x Pour un relais idéal, K R =e pour un relais réel, K R es compris enre 0.85 e Temporisaion Dans ce paragraphe, en paran d un sysème élecrique comporan rois relais à reard indépendan (figure 5.4), on se propose de déerminer la emporisaion des relais présen : K 3 M (s) Ch D K Ch D K Ch D 3 3 Fig : Procédure de emporisaion La déerminaion des emporisaions suppose que le relais le plus éloigné de la source doi posséder le emps de réponse le plus rapide. Pour le présen exemple : - La proecion P 3 doi avoir : 3 = min. - Le reard de la proecion de la ligne l par rappor à la proecion de la ligne l, dépend des paramères des relais de proecions e celle des disjonceurs. On déermine ce reard en appliquan la règle suivane : = + Où : 3 = accr (P ) + ral (P3 ) + D3 res accr (P ) : Temps d accroissemen possible de foncionnemen de la proecion P ral (P 3 ) : Temps de ralenissemen possible de foncionnemen de la proecion P 3 5 Mme Souad Chebbi

6 D3 : Temps de déclenchemen du disjonceur D 3 res : Temps de réserve 3-Le emps de réponse de la seconde proecion es alors : = Le reard de la proecion de la ligne l par rappor à la proecion de la ligne l sera donc: ' = = accr (P ) + ral (P ) + D + 5- Le emps de réponse de la première proecion es el que : ' = + res A parir du simple exemple raié, on monre que l inconvénien des relais à reard indépendan es le grand reard du emps de déclenchemen pour les courans de cour circui qui son proches de la source. Cependan, le principal avanage de cee proecion, c es qu on à un schéma simple e une mise en marche facile Proecions différenielles Les proecions différenielles son insananées. Elles assuren l éliminaion des défaus pour oue la longueur de la ligne proégée. l exise deux ypes de proecions différenielles : La proecion différenielle longiudinale e la proecion différenielle ransversale Proecions différenielles longiudinales Le principe consise en la comparaison des modules e des déphasages du couran aux exrémiés de la ligne proégée. Pour cee proecion, les ransformaeurs de couran son insallés aux deux exrémiés e on le même rappor de ransformaion. On disingue deux modes de connexion des ransformaeurs : Le schéma à circulaion de couran e le schéma à équilibre des ensions. -Pour le premier schéma (figure 5.5), les ransformaeurs son connecés de façon que pour le régime normal e en présence d un cour circui hors zone proégée, les forces élecromorices dans les bobinages secondaires aien le même sens. En régime normal, le couran circule dans les fils piloes. Pour ce schéma, le relais es moné en dérivaion par rappor aux ransformaeurs e absorbe le couran r = -. Comme les courans e son égaux, le couran dans le relais es héoriquemen nul : r =0. 6 Mme Souad Chebbi

7 r = 0 T T C.C Fig : Schéma à circulaion de couran : Cour circui hors zone proégée Si un cour circui aura lieu à l inérieur de la zone proégée (figure5.6), le couran r devien : r = + = cc m cc : Couran de cour circui m : Rappor de ransformaion des ransformaeurs de courans = + r T T C.C Fig : Schéma à circulaion de couran : Cour circui à l inérieur de la zone proégée On noe que bien que les couran e soien égaux, le couran r es non nul : Ceci résule de l imperfecion d équilibrage des ransformaeurs m m r = m m 0 7 Mme Souad Chebbi

8 Pour cee raison, le couran de réponse du relais doi êre plus élevé que le couran de déséquilibre d qui circule dans le relais même en absence de défau (figure5.7) : fp f d s s = n p s = f ( ) p mag s = f ( p ) s d = f ( ) p p Fig. 5.7 : Tracé du couran de déséquilibre d - Le second mode de connexion des ransformaeurs es à équilibre des ensions (figure 5.8). r = d 0 E T T E C.C Fig. 5.8 : Schéma à équilibre des ensions Pour cee configuraion, les ransformaeurs son connecés de façon à avoir : E r = E Z Z : mpédance du circui secondaire Pour ce mode de connexion, les forces élecromorices son égales en module, les courans = e vu que héoriquemen les rappors de ransformaions son égaux : m = m. 8 Mme Souad Chebbi

9 Théoriquemen, si un cour circui a lieu à l exérieur de la zone proégée, le couran circulan dans le relais es nul : r =0. Si un cour circui survien à l inérieur de la zone proégée, la somme des E e E produisen un couran qui acionnan le relais. Ce couran es égal à : r = E + E Z En réalié, il exise des erreurs d équilibrage des ransformaeurs. En présence d un cour circui exérieur (figure5.9), le déséquilibre donne naissance à une force élecromorice de déséquilibre E d. Cee force élecromorice provoque l appariion du couran de déséquilibre d : Ainsi, pour le choix du couran de réponse du relais, on doi vérifier que : fp f d r 0 E r E T T C.C Fig. 5.9 : Schéma à équilibre des ensions : Cour circui à l inérieur de la zone proégée Principe de foncionnemen des proecions différenielles ransversales Les proecions différenielles ransversales son uilisées dans le cas de lignes doublées. En foncionnemen normal, les deux lignes se paragen le couran oal en deux. Ce disposiif a reçu le nom de proecion en hui du fai que les connexions des deux ransformaeurs d inensié soien croisées e ce pour que ces derniers ne foncionnen pas à vide. Pour ce cas de figure, le relais ne sera acionné que si les courans dans les deux lignes soien différens en grandeurs ou en sens. 9 Mme Souad Chebbi

10 l exise deux ypes de proecion différenielle ransversale : La proecion ampère-mérique pour deux feeders en parallèles avec un disjonceur (figure 5.0) e la proecion différenielle ransversale direcionnelle pour deux lignes en parallèles munies de deux disjonceurs aux deux exrémiés (figure 5.). En présence de la première configuraion (figure 5.0), si un cour circui survien hors zone proégée, le couran déecé par le relais es r = Comme =, =, le couran dans le relais es nulle : r = 0. Si un cour-circui survien sur la ligne L, > e > : Un couran raverse le relais e en conséquence un ordre sera ransmis au disjonceur D pour ouvrir le circui. D + R T T L L C.C Fig. 5.0 : Proecions différenielles ransversales : Cour circui hors zone proégée 0 Mme Souad Chebbi

11 D + R T T C.C Zone more fp > cc Fig. 5.: Proecions différenielles ransversales : Cour circui à l inérieur de la zone proégée Les avanages de la proecion différenielle son le schéma e le principe de foncionnemen son simples, la proecion foncionne sans emporisaion e n agi pas en présence d une charge maximale du réseau. Cependan, la proecion présene une zone more de foncionnemen. De plus, il fau prévoir la proecion de la ligne réserve vu que la proecion différenielle doi déclencher si une ligne es déjà déclenchée. Mme Souad Chebbi

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