Le raccordement des réseaux industriels

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1 Le raccordement des réseaux industriels Plan de protection coordonné HTA Réseaux exploités avec un neutre impédant Scc = 800 MVA 90 kv Tr 411 S Tr = 36 MVA U = 18 % cc POSTE AMPERE 20 kv Mlb P=3MWtg0,4 C E 160 MVA Hôpital A 1 km Câble Alu 150 mm² 5 km Câble Alu 150 mm² 116/150 MVA P==2MW tg 0,4 Cogéné S Tr = 5 MVA U = 6 % cc G S ma =5 MVA X'd = 25 % S Tr = 1,25 MVA U = 4 % cc P=1MW B P = 2 MW GE Hopital Su= 1,25 MVA ucc= 4 % Su= 1,25 MVA X'd= 20 % Version 01 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 1

2 1 LE CONTEXTE ARCHITECTURE D UN RACCORDEMENT Principes généraux Le plan de protection coordonné DEFINITION D UNE PROTECTION NF C La protection générale est assurée par des fusibles La protection générale est assurée par un disjoncteur DEFINITION DE LA PROTECTION DE DECOUPLAGE NF C La détection des défauts à la terre La détection des défauts polyphasés La sélectivité Les fonctionnements anormaux La mesure de la fréquence La mesure de la tension Mise en œuvre d une téléaction Les protections NF C DEFINITION DE LA PROTECTION DU DEPART «AUTO-PRODUCTEUR» Le contexte des réseaux continentaux Français La détection des défauts polyphasés La définition des TC La détection des défauts à la terre La sélectivité EN CONCLUSION...19 Document de synthèse du stage «raccordement d un réseau industriel» Réalisé par Michel LAMBERT 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 2

3 Avertissement Cet ouvrage n étant pas un document de doctrine, il ne doit pas être utilisé comme document de référence. Il a pour objet de présenter les dispositions générales qui sont appliquées sur les réseaux continentaux HTA Français exploité avec un neutre impédant. Les dispositions relatives au raccordement des réseaux industriels sur les réseaux séparés sont traités dans le document «Plan de protection des réseaux séparés industriels». Le plan de protection coordonné des ouvrages exploités avec un neutre compensé sera traité dans le document «Généralité du plan de protection coordonné des ouvrages de distribution publique HTA exploités avec un neutre compensé». 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 3

4 1 Le contexte Avec l ouverture des marchés de la distribution de l énergie électrique, la qualité du produit électricité et des services associés, est devenue l élément essentiel de la concurrence. Les gestionnaires des réseaux publics doivent s adapter aux exigences de leurs clients et des autorités concédantes. Pour cela, ils doivent exploiter en cohérence les réseaux dont ils ont la charge en tenant particulièrement compte des exigences de qualité et de sécurité. La qualité du produit électricité fait l objet d engagements contractuels. Elle répond à trois critères : la pureté de l onde, les valeurs de la tension et de la fréquence, la sécurité de l alimentation et la continuité de la fourniture. Les aspects réglementaires traitent généralement de la sécurité des biens et des personnes: les régimes de neutre, le traitement des défauts. Le raccordement d un réseau industriel comportant des générateurs couplés au réseau peut provoquer des contraintes d exploitation et modifier la performance du réseau du distributeur. Lorsqu il s agit de raccorder un réseau industriel, on doit examiner l impact de cette installation sur le fonctionnement du système électrique du réseau public. On doit notamment étudier : les perturbations du plan de protection, la modification du profil de tension, la modification du profil de la puissance de court-circuit, l atténuation des signaux tarifaires. Une convention d exploitation signée par les exploitants des différents réseaux doit fixer les obligations de chacun. Une convention de raccordement doit quant à elle, définir l interface au point de raccordement. Cet ouvrage présente les dispositions générales relatives au plan de protection coordonnée du réseau public HTA lorsqu il s agit de raccorder un réseau industriel. Documents de référence: Le Guide Technique de la Distribution B édité par ERDF traite des protections des installations de production raccordées à un réseau de distribution. Nous reprenons dans cet ouvrage quelques généralités développées dans ce document. Le Guide Technique de la Distribution B édité par ERDF qui traite du principe des protections des réseaux de distribution publique HTA exploités avec un neutre impédant. La norme NF C qui définit les conditions de mise en œuvre de la protection générale d un réseau industriel. La norme NF C qui définit les dispositions complémentaires à la norme NF C pour le raccordement des générateurs aux réseaux HTA et BT. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 4

5 2 Architecture d un raccordement Groupes Réseau industriel Charges Marche anormale INTERFACE Courts-circuits Réseau de distribution publique HTA Réseau RTE 2.1 Principes généraux ❶ Afin de préserver la sécurité des personnes et l intégrité des matériels électriques, tout défaut intervenant sur un élément du réseau HTA ou raccordé à celuici doit être détecté et éliminé par le plan de protection coordonné. ❷ Pour répondre aux obligations contractuelles de la continuité de la fourniture d énergie électrique, le processus d élimination du défaut doit respecter les principes de sélectivité. ❸ Les usagers des réseaux publics HTA doivent bénéficier à tout moment des services associés à la fourniture de l énergie. 2.2 Le plan de protection coordonné Constitution Il met en œuvre trois dispositifs : Les protections du réseau de distribution publique HTA équipent généralement les postes sources. La protection générale du réseau industriel raccordé au réseau de distribution publique, conformément à la réglementation est définie par la norme C Elle assure la sélectivité du plan de protection coordonné en cas de défaut d isolement sur le réseau privé. Dans le cas ou l installation comporte une source autonome, la section 435 de la norme C impose qu il soit prévu : - soit une architecture, telle que la source autonome ne puisse en aucun cas fonctionner en parallèle avec le réseau d alimentation, - soit une protection de découplage, déterminée en accord avec le Distributeur, ayant pour but d interrompre le fonctionnement en parallèle lors d un défaut sur le réseau d alimentation. Les protections des groupes n appartiennent pas au plan de protection coordonné. Elles protègent les équipements des conséquences d une avarie interne ou d un défaut sur le réseau du distributeur. Elles doivent cependant être sélectives avec le plan de protection coordonné Mise en œuvre Lorsqu il s agit de raccorder un réseau industriel au réseau de distribution publique, il convient d en vérifier l impact sur le fonctionnement du plan de protection du réseau HTA. Cela consiste à définir en cohérence: Les protections générales NF C contre les courts-circuits sur les équipements du réseau industriel. Les protections de découplage NF C Au poste source, le réglage de la protection du départ auquel est raccordé le réseau industriel. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 5

6 3 Définition d une protection NF C Elle a pour rôle de détecter les courts-circuits apparaissant sur le réseau industriel et dont les effets pourraient être préjudiciables au bon fonctionnement du réseau du distributeur. La protection NF C doit être suffisamment sensible pour détecter la grande majorité des défauts mais être également sélective de manière à ne pas perturber le fonctionnement du réseau public. On définit la protection générale contre les défauts polyphasés à partir de la valeur de l intensité de base telle que IB = ΣIt (ΣIt est la somme des courants assignés primaires des transformateurs). 3.1 La protection générale est assurée par des fusibles La fusion d un fusible entraine l ouverture d un interrupteur qui réalise une coupure triphasée. La protection générale est éventuellement complétée d une protection homopolaire F51N Schéma Protection par fusibles HTA 43 A Arrivée ERDF Protection de découplage 20kV Départ transfo Intensité assignée des fusibles Elle est définie en fonction de la puissance des transformateurs Sn transfo 250 kva 400kVA 630kVA 1250kVA In (en 20 kv) 16 A 43 A 43 A 63 A L intensité assignée des fusibles doit remplir simultanément les conditions suivantes In 1,4 It It est l intensité nominale primaire du transformateur. Ic In Ic est l intensité au primaire pour un court-circuit au secondaire Cas où la protection générale par fusibles doit être proscrite 1) L intensité de base est supérieure ou égale à 45 A 2) Le schéma du poste comporte plusieurs départs transformateurs protégés par fusibles. 3) Lorsque la protection de découplage contre les défauts polyphasés est temporisée (1). Lors d un défaut polyphasé affectant le réseau public HTA, le courant injecté par la central dans le défaut peut être suffisamment important pour entrainer la fusion des fusibles mais suffisamment faible pour que celle-ci se fasse dans de mauvaises conditions. Il en résulte des risques d explosion et de destruction de cellule. Si la protection de découplage est instantanée sur les défauts polyphasés, le découplage de la centrale a lieu instantanément écartant ainsi les risques de fusion fusible HTA. 1 Protection NF C type H3 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 6

7 3.2 La protection générale est assurée par un disjoncteur Schéma général pour un transformateur Tableau HTA Protection C Arrivée ERDF 20kV Mesure de tension Départ transfo Comptage P+Q+P-Q- (Liaison à réaliser dans le cas d'une PWH) 20000V 410V 400 kva Ucc=4% Protection de découplage H2-H3 Protection générale Couplage G 340 kva Auxiliaires Groupes Contrôle commande 10 kva TGBT Schéma à coupure d artère pour deux transformateurs 6,3 A 43 A 43 A 10 A Arrivée 1 Arrivée 2 C Comptage C Comptage Tr 1 Tr 2 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 7

8 3.2.3 Détection des défauts polyphasés La détection est réalisée par des relais à maximum d intensité (F51). Le réglage de la protection doit respecter quatre conditions: Rϕ < 0,8Iccbi mini Rϕ>1,5 Icharge Rϕ Rϕ > 6 à 8Ib Rϕ>1,2Icctri G Iccbi mini représente le courant de court-circuit polyphasé minimal. Ib est la somme des courants assignés des transformateurs en interface avec le réseau du distributeur. Icharge est le courant maximal de charge du réseau industriel IccTri G est le courant de court-circuit maximal fourni par les générateurs dans la période transitoire La définition des transformateurs de courant On choisit des TC de classe protection 5P ** et de calibre défini en cohérence avec la valeur des charges Définition de la tension limite de fonctionnement des TC C est la F.E.M maximale fournie par le TC pour un fonctionnement spécifié. Elle est donnée par la relation Icc max InsTC Ual (V) = Ktd R InpTC La valeur de Rct, résistance interne du TC, est déterminée par le constructeur à partir des caractéristiques souhaitées. Rf est la résistance de la filerie. Re est la résistance du relais. Pour des protections F51 temporisées 0,1 ou 0,2 s, les régimes transitoires et la composante apériodique peuvent être négligés. En pratique nous pouvons fixer Ktd = 1,2. L intensité assignée du primaire du TC sera définie en fonction du courant de charge maximale InpTC > 1,2 I charge max L intensité assignée du secondaire peut être fixée à 1 A ou 5 A. On privilégie souvent InsTC = 1 A qui, à performances égales, facilite le choix des TC Détermination de la puissance et du facteur limite de précision Ces deux caractéristiques sont liées par la relation Ual S (VA) = Flp S et Flp seront choisis de préférence parmi les valeurs Rct InsTC² InsTC suivantes: 5; 10; 15; 20; 25; 30. Pour un circuit secondaire donné, la puissance de précision devra être d autant plus grande que le facteur limite de précision sera important. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 8

9 3.2.5 La détection des défauts à la terre Le neutre du réseau public étant relié à la terre au poste source, la protection homopolaire est constituée d un relais de courant résiduel F51N (2). Ce relais, peut être alimenté de deux manières: Solution à éviter Solution préférable Dans le cas d un montage sommateur, Il existe des risques de fonctionnement anormaux du fait de la dispersion des caractéristiques des trois TC sur les forts courants de court-circuit. Ce risque était réel à l époque où la consommation des relais était importante. Les prescripteurs recommandaient alors de désensibiliser les protections résiduelles. Aujourd hui encore, la norme C préconise de respecter la règle (3) Ro 1,2 X 3.Ico 3.Ico est le capacitif résiduel du réseau de câble compris entre la protection et les transformateurs du réseau industriel. Si le capacitif en aval du point de mesure est négligeable, on pourra régler la protection à une valeur 4 telle que Ro = 12 % In TC et Ro 6 A ( ) Lorsque l on utilise un tore homopolaire, cette désensibilisation est évitée. On peut alors régler la protection telle que Ro 1,2 X 3.Ico et Ro 6 A Pour un capacitif négligeable, on peut régler la protection à 6 A La sélectivité Elle est obtenue par le réglage de la temporisation qui, dans le cas d un raccordement au réseau de public, ne doit pas excéder 0,2s. t 0,2s et Ro 12 % In TC 2 Il faut noter que dans le cas d un neutre compensé, ce relais doit être remplacé par un relais de puissance résiduel (PWH) spécifié pour ce régime de neutre. 3 Une telle pratique est de nature à réduire fortement la sensibilité de la protection et à dégrader la sélectivité avec le poste source lorsque l intensité assignée primaire des TC est importante. 4 6A correspond à 12% de 50A. La pratique montre qu un tel réglage permet de couvrir l ensemble des défauts à la terre affectant les primaires des transformateurs des réseaux industriels. La sensibilité apporté par cette valeur est généralement supérieure à 1200 Ω. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 9

10 4 Définition de la protection de découplage NF C Elle permet de détecter les courts-circuits et les anomalies d exploitation. Sa présence est obligatoire si le réseau industriel comporte des générateurs susceptibles d être couplés au réseau de distribution publique. 4.1 La détection des défauts à la terre Le réseau industriel ne participant pas à la mise à la terre du neutre du réseau public, la centrale ne peut donc pas développer de courant résiduel à travers l interface. La détection des défauts à la terre doit alors être assurée par un relais à maximum de tension résiduelle (F59 N). La zone surveillée est limitée par les transformateurs encadrant le réseau de distribution. La sensibilité de la protection homopolaire est maximale lorsque la ligne alimentant le réseau industriel est séparée du réseau du distributeur et maintenu sous tension par la centrale. Le régime du neutre étant alors isolé, le Distributeur ne peut plus respecter ses engagements pour la sécurité des usagers de cette ligne. La valeur de la tension résiduelle étant sensiblement la même quelque soit l emplacement du défaut et du point de mesure, l utilisation du critère voltmétrique ne permet pas d obtenir une sélectivité naturelle La détection voltmétrique des défauts à la terre La valeur de la tension homopolaire au point de raccordement du réseau industriel dépend : de la puissance de court-circuit au point de défaut, de la résistance du défaut, de l impédance de mise à la terre du neutre, du capacitif homopolaire des tronçons de réseau reliés à la centrale. Dans le cas particulier d une simulation nous comparons les sensibilités d une protection à Maximum de tension homopolaire dans les régimes couplé et isolé. 60,00 % 50,00 Zn= 40+j40jΩ 3 Ico réseau = 200 A 3Ico départ = 18 A 40,00 (Vo/Vn) % 30,00 20,00 Le départ est découplé 10,00 0,00 Le départ est couplé Résistance du défaut 1) La protection est nettement plus sensible en réseau séparé. 2) La protection réglée à 10% ne détectera un défaut à la terre de 1000 Ω qu en réseau séparé. 3) En réseau séparé la protection réglée à 10% aura une sensibilité de 6000 Ω environ. Ω 5 Nous ne développerons dans ce document que le cas du couplage permanent. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 10

11 4.1.2 Réglage de la protection à maximum de tension résiduelle. Rappelons que ces réglages sont soumis à l appréciation du distributeur. Une sensibilité trop importante risque de provoquer des découplages indésirables durant certaines manœuvres. On retient généralement la valeur (6) : Vo = 10% Vn Attention! Il existe un risque de confusion 1) Le relais à maximum de tension homopolaire est un relais à maximum de tension résiduelle (3Vo). 2) Les constructeurs affichent souvent Vo. Est-ce que cela correspond toujours à la réalité? La mesure doit lever le doute. 3) Au moment de l essai La manière de procéder influencera la mesure. Le relais mesurera Vo ou 3 Vo La sélectivité A elle seule, la détection voltmétrique des courts-circuits à la terre ne permet pas d assurer la sélectivité du plan de protection coordonné. L exploitant peut alors associer au relais détecteur, une temporisation réglée à : t = t 0 + 0,5s Où «t 0» est la temporisation maximale retenue pour les protections des départs HTA au poste source. 6 Attention, la valeur mesurable correspond à Vr=3Vo. On aura donc Vr/Vn=30%. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 11

12 4.2 La détection des défauts polyphasés A proximité d une centrale, l utilisation du critère ampèremétrique pour la détection des défauts polyphasés n est pas recommandée. En effet, durant le défaut, la caractéristique du courant injecté sur le réseau par certains générateurs (7), décroît fortement pour atteindre des valeurs souvent inférieures au courant nominal des machines. Icc U X''d U X'd U Xd In Subtransitoire Transitoire 60 ms t Les exploitants préfèrent donc mettre en œuvre un plan de protection utilisant le critère tension ou le critère impédance La détection voltmétrique des courts-circuits Pour équiper les protections de découplage, la norme NF C a retenu le dispositif triphasé comportant trois relais à minimum de tension composée (F27). Le graphique ci-joint représente les profils de tension en fonction de la position du court-circuit par rapport à l interface du réseau industriel avec le réseau public. On crée un court-circuit sur le réseau public entre les phases 1 et 2. Dans le cas particulier de la simulation, un réglage à 85 % de Un permettra la détection d un défaut situé sur le départ adjacent à 26 km du point de mesure. Il n existe donc pas de sélectivité naturelle. Valeurs des tension à l'interface de raccordement 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 % Protection C départ centrale U31 U23 Vd Poste source U12 Départ adjacent Distance du défaut à l'interface km A titre indicatif la composante directe de tension Vd a le même profil que la tension de défaut. On peut donc détecter un défaut polyphasé par un seul relais de composante directe de tension Réglage des relais à minimum de tension. L expérience montre que les chutes de tension provoquées par les conditions extrêmes d exploitation excèdent rarement 10%. La norme préconise un réglage à 85 % de la tension moyenne au point de raccordement du réseau industriel. Ur = 85% Umoy 4.3 La sélectivité La détection voltmétrique des courts-circuits polyphasés ne permet pas d assurer la sélectivité du plan de protection coordonné. L exploitant peut alors associer aux relais détecteurs, une temporisation telle que: t = t 0 + 0,5s 7 Les régulations de certaines machines permettent de forcer le courant de défaut durant un temps défini ce qui permet d utiliser des protections à maximum d intensité. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 12

13 4.4 Les fonctionnements anormaux Tout système électrique doit être réglé et exploité en cohérence. L équilibre entre les moyens et les besoins garantissent le maintien de la tension et de la fréquence dans les limites fixées par les obligations contractuelles et réglementaires. L exploitant doit également assurer la qualité de service fixée par le cahier des charges. Il arrive cependant que les aléas d exploitation modifient fortement les caractéristiques électriques du réseau: Fonctionnement en réseau séparé d une partie du réseau. Perte de stabilité générale du réseau. Modification du régime de neutre. Les conséquences peuvent alors être désastreuses : Plan de tension défaillant. Variation de la fréquence. Perturbation de l onde. Mise en danger des biens et des personnes. Les conditions dans lesquelles va s effectuer la détection de la marche en réseau séparé dépendent localement: Des probabilités d équilibre entre production et consommation. De l existence de réenclencheurs rapides sur le réseau HTA ou sur le réseau HTB. De l importance de la centrale pour le système électrique. Du caractère prioritaire du départ HTA. Le choix de la protection de découplage est le résultat d un compromis entre les exigences des exploitants des réseaux concernés. Dans tous les cas, la sécurité des biens et des personnes doit cependant être garantie. La protection de découplage doit être en mesure de détecter ces anomalies en utilisant les variations de la tension et de la fréquence comme critères d anomalie. 4.5 La mesure de la fréquence Principe général Un écart entre la puissance mécanique produite par les groupes et la puissance consommée par les réseaux se traduit par une variation de vitesse et par conséquent de fréquence. La protection de découplage comporte des fonctions (F81) à mini/maxi de fréquence et à action instantanée. Les seuils de fonctionnement sont établis en fonction des risques d îlotage et du caractère prioritaire du départ dans le plan de défense du réseau du distributeur. La rapidité avec laquelle la protection détectera la marche en réseau séparée dépendra de la variation de la fréquence et de la performance de la régulation primaire de la machine Réglages de la protection. Détection rapide On retient cette solution lorsque les départs HTA ou HTB alimentant le réseau industriel sont équipés de réenclencheurs rapides 0,3 s. Ce réglage est exclu si les groupes participent aux services du système électriques du réseau ou si le départ est classé prioritaire dans le plan de défense du réseau. Détection lente Cette disposition est réservée aux installations participant aux services du système électrique ou lorsque le départ «Auto-producteur» est classé prioritaire dans le plan de défense. Fmini= 49,5 Hz Fmaxi= 50,5 Hz Action instantanée Fmini= 47,5 Hz Fmaxi= 51 Hz Action instantanée 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 13

14 4.6 La mesure de la tension Le passage en réseau séparé de toute ou partie du réseau provoque instantanément des modifications importantes dans le bilan des puissances active et réactive ce qui entraîne une variation de tension détectable par des relais sensibles à ce paramètre (F27 et F59) Alimentation et réglages de la protection. Umini = 85% Um Triphasé Même temporisation que celle choisie pour la détection des défauts polyphasés Umax = 115% Um Une tension composée Action instantanée Dispositions complémentaires Afin d éviter un faux couplage provoqué par un à-coup important de tension, l exploitant de la centrale peut compléter le dispositif par des relais à minimum de tension (F27) instantanés réglés à 25%. Le graphique du paragraphe montre qu un court-circuit proche de la centrale provoque un creux de tension de l ordre de 80 %. Lorsque le départ auto-producteur au poste source est équipé d un réenclencheur rapide 0,3s, le réenclenchement automatique est conditionné à l absence de tension ligne. La cellule doit alors être équipée d un dispositif de présence tension généralement réglé à 20 % 8. Umini = 25% Um Triphasé Action instantanée Umax = 20 % Um Triphasé Action instantanée Sur les départs Auto-producteurs prévus pour faire l objet de travaux sous tension, la protection de découplage doit être équipée d un dispositif de mise en régime spécial d exploitation constituée d une clé et éventuellement d un relayage pour une mise en «RSE» par télécommande. 4.7 Mise en œuvre d une téléaction Lorsque la centrale et les processus industriels nécessitent un niveau élevé de fiabilité et de rapidité d exécution, la protection de découplage peut être constituée d une téléaction assurant le découplage rapide des groupes en cas d ouverture du départ «Auto-producteur» au poste source. Cette fonction est associée à des détections voltmétriques et fréquencemétriques qui, en cas de panne de la liaison de télécommunication, assurent instantanément le découplage par dépassement de seuil. Ce dispositif permet de fiabiliser le processus de découplage durant un cycle de réenclenchement rapide du départ «Auto-producteur». Dans un premier temps, la téléaction assure le découplage de la centrale. Dans un deuxième temps, les détections fréquencemétriques et voltmétriques prennent le relais. Suivant les versions, les relais fréquencemétriques peuvent être réglés pour une détection rapide ou lente. 8 Il existe des cas ou le relais doit être réglé à 60% de Us. On se réfèrera à la norme NF C /11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 14

15 4.8 Les protections NF C Pour la HTA, elles sont désignées par la lettre «H» pour la HTA et par un indice (1 à 5). On se reportera à la norme NF C pour plus d informations. Le choix se porte souvent sur deux types de protections. Auxiliaires Protection H2 Dépendante du réseau (alimentés par les TT lignes) Indépendante du réseau (auxiliaires à courant continu) Protection H3 Indépendante du réseau (auxiliaires à courant continu) Détection des défauts à la terre MAX de U0 Ro=10% Vn Temporisée à t0+0,5s MAX de U0 Ro=10% Vn Temporisée à t0+0,5s Détection des défauts polyphasés Mini de U R=85% de U moyen Instantanée Mini de U R=85% de U moyen Temporisée à t0+0,5s Marche en réseau séparé MINI/MAXI de U R min =85% de U moyen Instantanée R max =115% de U moyen Instantanée MINI/MAXI de f instantanée R min =47,5 Hz R max =51 Hz MINI/MAXI de U R min =85% de U moyen Temporisée à t0+0,5s R max =115% de U moyen Instantanée MINI/MAXI de f instantanée R min =49,5 Hz R max =50,5 Hz Protection contre les creux de tension U moyen : tension composée moyenne du réseau public Vn : tension simple nominale du réseau public Uo : tension homopolaire F : Fréquence du réseau to : temporisation de la protection du réseau public. MINI de U R=25% de U moyen Instantanée 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 15

16 5 Définition de la protection du départ «Auto-producteur» 5.1 Le contexte des réseaux continentaux Français Les réseaux HTA Français ont leur neutre souvent relié à la terre au poste source par une impédance à caractère résistive qui limite le courant dans le neutre à une valeur comprise entre 150 et 1000 A. Au poste source la protection des départs HTA est constituée, en base, de relais à maximum d intensité. Une détection des défauts polyphasés Une détection des défauts à la terre faiblement résistants. Ces équipements sont complétés par une détection des défauts à la terre plus résistants (PARCS 9 ) ou par des relais de puissance active homopolaire (PWH). Dans le cas d un réseau exploité avec un neutre compensé, les protections à Maximum d intensité résiduelle sont remplacées par une PWH spécifiée pour ce régime de neutre. MAX de I Défauts polyphasés Défauts à la terre PWH Défauts à la terre PARCS Défauts à la terre 5.2 La détection des défauts polyphasés Elle est réalisée par des relais à maximum d intensité (F51) dont le réglage doit respecter les conditions suivantes : Rϕ < 0,8Iccbi mini ❶ Rϕ>1,5 Icharge max ❷ Rϕ Rϕ > 1,2 IMAP ❸ Rϕ>1,2Icctri G ❹ ERDF remplace les conditions ❷ et❸ par la condition «Rϕ > 1,3 InpTC» où InpTC est le courant nominal primaire des TC. Iccbi mini correspond à la valeur du courant de court-circuit dans le défaut pour la PCC HTA mini (PCC HTB mini+ groupes découplés). IMAP est l intensité maximale admissible en permanence qui peut transiter sur les ouvrages du réseau public. IccTri G est le courant de court-circuit maximal généré par les groupes pour un défaut affectant le jeu de barre HTA du poste source ou un départ adjacent au départ Auto-producteur. Si les conditions ❷ et❸ sont faciles à déterminer, la condition ❶ est plus délicate à calculer lorsque des groupes de production sont raccordés sur le départ. Il faut en effet étudier l impact de ceux-ci sur la valeur du courant de court-circuit mesurée par la protection du poste source (10). Une condition ❹ incompatible avec les trois autres conditions nécessite l installation d un relais directionnel en association avec la protection à maximum d intensité. 9 Protection Ampèremétrique Complémentaire et Sélective appelée EPTR par EDF. Protection à temps dépendant F51N I I. 10 Dans certaines configurations, le courant le court-circuit mesuré par la protection du départ HTA au poste source peut être réduit par la présence de groupes de production couplés au réseau. Le réglage 0,8 Iccbi mini peut parfois être ramené à 0,6 Iccbi mini. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 16

17 5.3 La définition des TC En standard, les cellules «Départ» sont livrées avec des TC /5A; 30 VA classe 1. Le choix du calibre est déterminé par la charge maximale du départ telle que InTC > 1,2 Icharge max. 5.4 La détection des défauts à la terre Cas des relais à Maximum d intensité résiduelle La protection principale F51N est alimentée par la somme des courants secondaires des TC. Le réglage doit respecter deux conditions. ❶ Iro 6% Inp TC ❷ Iro 1,2x 3Ico départ Réglage Iro Inp TC est l intensité nominale primaire du TC 3Ico est le capacitif résiduel du départ Ces conditions sont de nature à rendre insensible le plan de protection contre les défauts à la terre. L exploitant installe alors une protection complémentaire plus sensible, alimentée par un tore homopolaire Cas d une protection ampèremétrique résiduelle complémentaire et sélective Exemple de caractéristique Relais «EPTR» utilisé sur les réseaux de distribution par ERDF. En abscisse, les valeurs correspondent au courant résiduel mesuré par le relais. La caractéristique est entourée d une zone d incertitude de +/- 10%. La sensibilité maximale est obtenue pour un réglage de 0,7 A (valeur HTA). En pratique, le relais est réglé à sa valeur minimale. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 17

18 5.4.3 Cas d une protection wattmétrique homopolaire Declt Ce relais est alimenté par un tore homopolaire 100 A/1 A par un ensemble composé de trois transformateurs de tension (TT) associés à un filtre de tension homopolaire. I rdd P r En pratique le seuil de fonctionnement R Pr correspond à la valeur minimale de réglage du relais soit 8 kw (HTA) pour un réseau 20 kv. R Pr V r Declt Q r 5.5 La sélectivité La sélectivité des protections est assurée par une temporisation fixe réglée généralement à 0,5 s. Lorsque le réenclencheur rapide est activé, la temporisation du premier déclenchement est de 0,1 s environ. La figure ci-contre représente le processus d élimination des courtscircuits affectant le réseau industriel ou la ligne HTA reliant celui-ci au poste source. Dans ces conditions, la protection de découplage doit provoquer l îlotage de la centrale en moins de 400 ms. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 18

19 6 En conclusion Si une étude ne fait pas l autre, la démarche est la même. Il faut s attacher à la cohérence des réglages et des puissances mises en jeux. Une étude sera d autant plus simple à réaliser que : Le départ est dédié à la centrale ; La puissance de court-circuit apporté par les groupes est faible devant celle apportée par le réseau au point de raccordement ; La puissance de court-circuit minimal du réseau est importante (il faut noter qu une faible puissance de court-circuit limite la capacité d accueil du départ en moyen de production); Enfin, la présence d une antenne présentant une impédance relativement élevée, nécessitera une étude approfondie d impact sur le courant de défaut polyphasé mesuré par la protection du départ au poste source. 02/11/2009 Extrait du stage «Plan de protection des réseaux de distribution publique HTA» 19