Système de protections novateur et distribué pour les réseaux moyenne tension du futur

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1 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux moyee tesio du futur Cristia Jecu To cite this versio: Cristia Jecu. Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux moyee tesio du futur. Electric power. Uiversité de Greoble,. Frech. <NNT : GRENT83>. <tel-8656> HA Id: tel Submitted o 7 Sep 3 HA is a multi-discipliary ope access archive for the deposit ad dissemiatio of scietific research documets, whether they are published or ot. The documets may come from teachig ad research istitutios i Frace or abroad, or from public or private research ceters. archive ouverte pluridiscipliaire HA, est destiée au dépôt et à la diffusio de documets scietifiques de iveau recherche, publiés ou o, émaat des établissemets d eseigemet et de recherche fraçais ou étragers, des laboratoires publics ou privés.

2 THÈSE Pour obteir le grade de DOCTEUR DE UNIVERSITÉ DE GRENOBE Spécialité : Géie Electrique, Arrêté miistériel : 7 août 6 Présetée par Cristia JECU Thèse dirigée par Bertrad RAISON et codirigée par Raphaël CAIRE préparée au sei du aboratoire GEAB das l'école Doctorale «Electroique, Electrotechique, Automatique & Traitemet du Sigal» Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Thèse souteue publiquemet le 6 septembre, devat le jury composé de : M. Mircea EREMIA Prof. Uiversité «Politehica» Bucarest, Roumaie, Présidet et rapporteur M. Mohamed BENBOUID Prof. IUT de Brest, Frace, Rapporteur M. Bertrad RAISON Prof. Greoble Uiversités, Frace, Directeur de thèse M. Raphaël CAIRE Prof. Greoble Uiversités, Frace, Co-ecadrat M. Abdellatif MIRAOUI Prof. Uiversité de Marrakech, Frace, Examiateur M. Philippe DESCHAMPS Igéieur Scheider Electric Idustries, Frace, Ivité M. Olivier CHIARD Igéieur, EDF R&D, Frace, Ivité M. Stéphae BISCAGIA Igéieur, ADEME, Frace, Ivité

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4 Remerciemets

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6 Remerciemets e travail préseté das ce mémoire a été réalisé das le aboratoire de Géie Electrique de Greoble (GElab), au sei de l équipe Systè et Réseaux Electriques (SYRE), das le cadre du G.I.E. Iveter la Distributio Electrique de l'aveir (IDEA). a thèse a été fiacée par IDEA et par l Agece de l'eviroemet et de la Maîtrise de l'eergie (ADEME). Je voudrais tout d abord exprimer remerciemets à M. Ja ROUDET pour l accueil das le GEab, à M. Seddik BACHA pour l accueil au sei de l équipe SYRE, à M. Nouredie HADJSAÏD pour l accueil das le group IDEA et égalemet à M. Stéphae BISCAGIA et l ADEME pour leur cotributio das ce projet. Je tie à remercier M. Daiel ROYE, M. Seddik BACHA et M. Yvo BESANGER pour tout qu ils ot fait pour moi, pedat mo stage de PFE et master. Je tie à remercier mo professeur de l Uiversité Politehica de Bucarest, M. Mircea EREMIA pour m offrir l opportuité de faire le PFE, comme stagiaire ERASMUS et pour ouvrir, e même temps, les portes vers cette thèse. D ailleurs je veux lui remercier d avoir accepté de présider le jury de ma souteace et d être rapporteur du mémoire. J adresse égalemet sicères remerciemets à M. Mohamed BENBOUID, professeur de l IUT de Brest et à M. Abdellatif MIRAOUI, professeur de l Uiversité de Marrakech pour accepter de faire partie du jury. U grad merci pour mo directeur de thèse, M. Bertrad RAISON, e sera jamais suffisammet, pour tout l aide apporté, pour le bo déroulemet de la thèse, pour sa patiece, pour l implicatio et pour le dévotemet démotrés pedat les trois as. So esprit perfectioiste sera toujours apprécié. Pour moi, il restera u vrai model de chercheur passioé. e coéquipier, mo co-ecadrat M. Raphaël CAIRE, m a motré, égalemet, que l implicatio d u chercheur e coaît pas des limites, quad il est dédié à so travail. Je tie, doc, à lui remercier pour les travaux faits esemble et pour l aide apporté. Je voudrais remercier os parteaires idustriels, M. Philippe DESCHAMPS et M. Philippe AIBERT, du coté Scheider Electric, pour leur visio costructeur et égalemet os parteaires du coté EDF R&D, du départemet Mesures et Systè d'iformatio des Réseaux Electriques (MIRE), M. Olivier CHIARD et M. Sébastie GRENARD, pour leur visio réseaux. Je vous remercie vivemet pour vos apports à ma thèse de doctorat. C est grâce à vous que ous avos réussi à orieter la recherche vers ue solutio applicable das les réseaux et qui a les caractéristiques écessaires afi d être produite par u costructeur.

7 Systè de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Je remercie mo stagiaire et surtout mo ami, Atoy DASCO, pour so travail, aisi que pour so amitié. C était u plaisir de te coaître. Egalemet, j adresse remerciemets pour tous les membres de l équipe et du laboratoire pour tous les momets agréables passés esemble. J ai recotré beaucoup des ges itéressats das les derières ciq aées et je voudrais remercier tous pour leur participatio das le petit tableau appelé «Greoble». Je voudrais particulièremet remercier amis : Octavia C., Diaa C., Da O., Biaca O., Adria F., Aca G. Joatha D., Topa C., Adrei H., Ghaith W., Matthieu H., Iulia M., Atoeta B., Marc B., Simoa E., Mircea C, Georgia C., Mirela I., Marius B., og B., Didier C., Stefa I., Claudia D., Acuta T., Razmick D., Rim M., Beoit S., Ali J., Axel R., Adrei N., Tiberiu I., Iout N., Petre E. Merci à tous pour tous les momets passés esemble, pour l amitié, pour la riche expériece cosmopolite et surtout, merci pour les «bijoux» que vous avez laissé das ma petite boite avec des souveirs greoblois, je le garderai toujours. U grad merci égalemet à parets, pour leur ecouragemet, leur soutie et pour les dizaies de milliers de kilomètres parcourus esemble, découvrat l'europe. Avat de termier, je voudrais remercier ma «ove of my life», ma femme, Cătălia JECU, le pylôe qui m a souteue tout cette période, qui m a aidé icoditioé et qui a mis tout de coté afi de me permettre suivre rêves et projets (comme cette thèse par exemple). Merci, pour tout!

8 Sommaire Sommaire gééral INTRODUCTION GENERAE... 3 CHAPITRE I. Cotexte de l étude... 7 Itroductio... 9 Cotexte de la thèse et objectifs des travaux Architecture des réseaux électriques e poste source HTB-HTA es réseaux HTA es défauts das les réseaux de distributio es régi de eutre Protectios des réseaux électriques Descriptio du système de protectio sur u réseau moyee tesio es différets types de protectios Réglages et sélectivité Plas de protectio e dehors de la Frace Problématique de la thèse : commet établir u pla de protectio d u réseau flexible avec productio décetralisée? Impact de la productio décetralisée sur le foctioemet des protectios Quelques pistes pour le pla de protectio des réseaux du futur Coclusios... 4 CHAPITRE II. ANAYSE THEORIQUE SUR ES DEFAUTS DANS ES RESEAUX ET OGIQUE DE PROTECTION CHOIX DES GRANDEURS Itroductio Déploiemet de protectios e réseau : avatages et limites structurelles Eocé du pricipe Applicatio du pricipe sur u départ simple Restrictio sur le ombre de protectios e réseau Aalyse électrotechique par composates symétriques Hypothèses de calcul es résultats suivat les défauts Coclusio sur l aalyse électrotechique ogique de protectio das u réseau de distributio cas du défaut moophasé Réseau d étude a gradeur utilisée pour la détectio du défaut a gradeur utilisée pour la discrimiatio de zoe e défaut a logique de protectio Coclusios sur les gradeurs utilisées pour détecter et discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA CHAPITRE III. METHODES REPOSANT SUR E CACU DE IMPEDANCE POUR DISCRIMINER ES DEFAUTS MONOPHASES DANS ES RESEAUX HTA Itroductio es méthodes de discrimiatio a formule géérale et l évaluatio du pla de protectio a méthode «par troço» a méthode «e valeur moyee par zoe» a méthode 3 k optimisé a méthode 4 k optimisé et seuils reposat sur l impédace e complexe Evaluatio des méthodes de réglage es résultats obteus...

9 Systè de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 3. e calcul du pourcetage de discrimiatio correcte aalyse du calcul reposat sur la partie imagiaire de l impédace es résultats obteus avec la méthode Coclusios et perspectives... 3 CHAPITRE IV. VERIFICATION DE A ROBUSTESSE ET DE A PORTABIITE DU PAN DE PROTECTION Itroductio Aalyse de la robustesse du pla de protectio Positioemet du GED das le réseau Résultats obteus avec GED Propositio de pla de protectio qui pred e compte de l apport des GED Coclusios partielles sur l ifluece de la GED sur la précisio de discrimiatio Vérificatio de la portabilité de la méthode sur u réseau urbai Réseau urbai d étude Réseau étudié sas GED - réglages Réseau étudié avec GED vérificatio de la robustesse Coclusios sur la robustesse et ifluece de la GED sur le pla de protectio CONCUSION GENERAE ET PERSPECTIVES BIBIOGRAPHIE... 7 ANNEXES Aexe : es différets types de la mise à la terre du eutre Aexe : Nomeclature de foctios de protectio... 9 Aexe 3 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat phase Aexe 4 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat terre Aexe 5 : Réglage des protectios d ue arrivée Aexe 6 : aalyse électrotechique pour les défauts polyphasés Aexe 7 : e réseau les types et caractéristiques des coducteurs... 5 Aexe 8 : e réseau es caractéristiques de charges... 8 Aexe 9 : es variatios de gradeurs vérifiées avec Mathcad défaut triphasé, biphasé isolé, biphasé terre et moophasé... Aexe : a dépedace de l impédace calculée à la résistace du défaut... 8 Aexe : es performaces obteues avec des différets k... 3 Aexe : es cas de positioemets possibles pour les valeurs d impédace calculée. Calcul de discrimiatio e utilisat la méthode 4 avec les seuils e deux dimesios Aexe 3 : es formules de calcul du pourcetage de discrimiatio correcte Aexe 4 : Résultats pour le cas de mise à la terre de 4 méthodes, et Aexe 5 : Calcul de l impédace de mise à la terre pour le eutre compesé... 4 Aexe 6 : Exemple de résultat obteu e utilisat la méthode Aexe 7 : es coefficiets k et les pourcetages obteus avec la méthode 3 et la méthode Aexe 8 : es comparaisos de succès de discrimiatio etre les trois méthodes reposat sur les seuils fixes.. 47 Aexe 9 : es résultats obteus das l étude des déclechemets doubles Aexe : Résultats obteus sur le réseau rural avec GED Aexe : es doubles déclechemets sur le réseau rural... 6 Aexe : Pla de protectio qui pred e compte de l apport des GED... 6 Aexe 3 : Impact sur le pla de protectio du dimesioemet et du positioemet de la GED Aexe 4 : e réseau Caractéristiques de départ urbai Aexe 5 : es résultats obteus sur le réseau urbai avec GED... 69

10 INTRODUCTION GENERAE

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12 Itroductio géérale De os jours, ous som cofrotés à ue mutatio profode das la coceptio des réseaux électriques de distributio suite à l isertio massive des sources alteratives d éergie électrique (par exemple : éolie, photovoltaïque). es réseaux électriques de distributio ot été coçus de faço à achemier l éergie électrique das u seul ses : des postes sources vers les cosommateurs. Cette uidirectioalité du courat de charge avait coduit à u dimesioemet dégressif de la sectio des coducteurs. Cela veut dire que les sectios des coducteurs décroisset au fur et à ure que l o s éloige des postes sources. E Frace, depuis 985 et afi d augmeter la qualité de fouriture, les réseaux de distributio sot plaifiés de maière bouclable (secours itra ou extra postes sources), les coducteurs de faible sectio etre les postes sot remplacés petit à petit. Malgré cette politique egagé, e Frace, il y a plus de 5 as, ces réseaux restet très hétérogèes. O observe das de ombreux pays idustrialisés le vieillissemet des ifrastructures électriques et ue dégradatio des temps moyes de coupure [Cre-]. itroductio de productio décetralisée localemet e doit e aucu cas affecter la qualité de l éergie fourie aux cosommateurs. Par coséquet, les modes d exploitatio des réseaux électriques de distributio du futur devrot être plus itelligets et ces deriers, plus flexibles. Nous devos ous assurer de la capacité du réseau de distributio à supporter la circulatio des courats supplémetaires ijectés e tout mode de foctioemet. itroductio des géérateurs distribués géère ue ouvelle doe pour les réseaux de distributio : l itégratio des producteurs locaux. Pour cela, le distributeur assurat les services d alimetatio et de raccordemet doit adapter so pla de protectio. idée pricipale est de garder coectés u maximum de cosommateurs et producteurs locaux lors et suite à u défaut. Afi de mieux protéger u réseau de distributio, celui-ci pourrait être divisé e des zoes plus petites protégées par des protectios déployées e réseau. es objectifs des travaux présetés das cette thèse cosistet à proposer et à évaluer u ouveau pla de protectio, tout e dimiuat les temps de décoectio des cosommateurs et producteurs décetralisés (de plus e plus à base de sources reouvelables). e projet s est déroulé das le cadre d u parteariat etre l ADEME et le Groupemet d Itérêt Ecoomique IDEA qui rassemble Greoble INP, EDF R&D et Scheider Electric. Ce 5

13 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur sujet retre clairemet das les priorités de chacu des parteaires. Pour Scheider e tat que fabricat de protectio, EDF R&D pour sa recherche sur les réseaux de distributio et Greoble INP pour ses thématiques d eseigemet et de recherche. Das le premier chapitre de ce mauscrit, ous décrivos le cotexte gééral de l étude e présetat, tout d abord, le cotexte de la thèse et les objectifs proposés. Esuite, ous décrivos les architectures de réseau de distributio avec les types classiques de mise à la terre du eutre du trasformateur et les différets défauts qui peuvet apparaître. Nous cotiuos par la présetatio des protectios et leurs sélectivités afféretes et fiissos par la problématique de la thèse. e deuxième chapitre traite des limitatios du déploiemet des protectios e réseau suivi par ue aalyse électrotechique des composates symétriques de différets types de gradeurs aalysées e foctio du type de défaut. e but de ce chapitre est de trouver les gradeurs optimales pour la détectio et pour la discrimiatio de défauts. Ces gradeurs serot utilisées das la logique du pla de protectio proposée à la fi de ce chapitre. Quatre méthodes de discrimiatio avec les résultats obteues sot présetées das le troisième chapitre. Ces méthodes reposet sur u calcul d impédace jusqu au défaut. Nous présetos les avatages et icovéiets des méthodes e choisissat la plus performate méthode. Das le quatrième chapitre, ous présetos le test de portabilité et robustesse de la méthode la plus performate proposée. Ces tests sot faits sur u réseau urbai et u réseau rural avec et sas apport de productio décetralisée. Nous termios ce mauscrit e proposat des coclusios et perspectives de travaux futurs. 6

14 CHAPITRE I. Cotexte de l étude

15 Sommaire du chapitre I Itroductio...9 Cotexte de la thèse et objectifs des travaux Architecture des réseaux électriques e poste source HTB-HTA es réseaux HTA es défauts das les réseaux de distributio es régi de eutre Protectios des réseaux électriques Descriptio du système de protectio sur u réseau moyee tesio es différets types de protectios a protectio ampèremétrique a protectio différetielle a protectio de distace a protectio wattmétriques homopolaire es protectios voltmétrique homopolaires Réglages et sélectivité Réglage des protectios d u départ a Sélectivité Plas de protectio e dehors de la Frace Problématique de la thèse : commet établir u pla de protectio d u réseau flexible avec productio décetralisée? Impact de la productio décetralisée sur le foctioemet des protectios Quelques pistes pour le pla de protectio des réseaux du futur Coclusios...4

16 Chapitre I : Cotexte de l étude Itroductio Ce chapitre décrit les otios fodametales et écessaires afi de compredre le cotexte du travail de thèse. Ce ouveau système de protectio reposera sur des protectios et moyes de coupure distribués das le réseau et pourra faire appel à des algorith «itelligets» pour e établir les réglages. Après cette brève itroductio, das ue deuxième partie, ous préseteros le sujet de thèse. Das ue troisième partie, les réseaux de distributio actuels, leurs architectures, leurs schémas, les modes de mise à la terre et les défauts possibles serot décrits. Ue quatrième partie abordera la descriptio du pla de protectio actuel et, esuite, la descriptio des protectios utilisées sur les réseaux (majoritairemet appliquées das les réseaux de distributio). Cette partie se termie par u exemple de solutios de protectios distribuées déployées chez certais distributeurs étragers. Puis la ciquième partie présetera la problématique du sujet de thèse à la lumière des élémets apportés précédemmet. Elle présetera des solutios trouvées das des articles traitat de problè coexes au ôtre, otammet pour les réseaux complexes qui ot besoi de solutios de protectio adaptées aux futures architectures (qui sot de plus e plus difficiles à protéger à cause de l isertio de productio décetralisée). Nous termieros par quelques propositios de solutios proveat d articles et par ue coclusio sur le cotexte de l étude. Cotexte de la thèse et objectifs des travaux Avec le développemet massif de la productio décetralisée, essetiellemet reouvelable, les méthodes classiques de plaificatio [Pel-7], [Alv-9] et même d exploitatio [Ca-], [Cai-4], [Ram-6], [Ric-6], [Ea-7] des réseaux doivet être revues. Ue des problématiques les plus critiques, apparaissat lorsque le taux d isertio deviet importat, réside das le système de protectio du réseau. es protectios classiques des départs sot ampèremétriques. Dès que le taux de productio locale deviet o margial (typiquemet plus de 3% de productio) [Erd-], il peut deveir écessaire de faire évoluer ces protectios vers d autres techologies, ou, a miima, de modifier leurs réglages [Cai-]. Par ailleurs, au delà du développemet de la productio décetralisée, le cotexte réglemetaire et régulatoire actuel icite l exploitat de réseau de distributio fraçais (ERDF) à améliorer la cotiuité de service et doc à réduire les temps de coupure. De ouveaux pricipes de détectio [Pha-5] et de localisatio de défaut [Pe-6] et de recofiguratios rapides [Ea- 7], [It-8-], sot ivestigués das le but de compléter les outils de coduite des réseaux de distributio du futur. 9

17 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Tout ce cotexte ous amèe à réfléchir aux évolutios de l architecture des réseaux. Bie etedu, il faut aussi compléter ceci avec ue refote du système de protectio de l esemble du réseau (ceci sigifie qu il faudra coordoer le système de protectio des départs qui se secouret mutuellemet). e cocept de réseau de distributio auto-cicatrisat est préset das l esprit de beaucoup de chercheurs [It-8-]. objectif de la thèse est de valider le déploiemet des protectios e réseaux. u des élémets clef du réseau auto-cicatrisat est le système de protectio. Das u réseau qui se recofigure automatiquemet (topologie variable), le système de protectio doit s adapter ou doit être prévu e coséquece. e réglage actuel des protectios repose sur des études meées préalablemet et sur la base d u schéma d exploitatio bie défii. es chagemets pour aller vers le réseau auto-cicatrisat (grâce aux protectios) sot doc profods. ejeu du sujet de recherche est de recocevoir le système de protectio du réseau e utilisat de l itelligece locale et/ou les ouvelles techologies de commuicatio pour le redre plus souple et mieux adapté à l isertio o margiale de productio décetralisée. e but avoué de l isertio de protectios das le réseau est ue réductio de la valeur du critère B (idicateur du temps de coupure moye des cliets) et de l Eergie No Distribuée (END). e critère B est le ratio etre le temps cumulé de coupures, suite à icidets sur le réseau, subi aux Poits de ivraiso (Pd) Basse Tesio (BT) et le ombre total de Pd BT. Cet idicateur est évalué régioalemet, puis ue moyee podérée atioale est établie. a otio END correspod aux kwh qui auraiet été desservis si ue coupure avait pas eu lieu das la zoe e défaut. END peut être estimée à partir de puissace moyee de cosommatio estimée au iveau des postes de livraiso HTA/BT. Elle peut être calculée pour des coupures fortuites (icidet) et pour des coupures programmées (travaux). Cette éergie o distribuée déped de la puissace o distribuée et, bie sûr, du temps de coupure [Alv-9]. e distributeur évalue alors u coût associé e teat compte d u coefficiet de péalité. e temps de coupure peut être dimiué, etre autres, par le déploiemet de protectios e réseau. Das le chapitre II, le partie. présete ue solutio d amélioratio du critère B sur la base du déploiemet des protectios. Das le cas de réseaux avec des Orgaes de Maœuvre Télécommadé (OMT) et foctio de reprise (par exemple, celles utilisées das les réseaux fraçais), l isertio de protectios réduira les coupures brèves (iférieurs à 3 miutes).

18 Chapitre I : Cotexte de l étude 3 Architecture des réseaux électriques esemble des costituats d u réseau électrique peut être agecé selo différetes structures, dot la complexité va détermier la dispoibilité de l éergie électrique, le coût d ivestissemet et le pla de protectio associé. e choix de l architecture, au travers de grads choix techologiques, sera doc fait pour chaque applicatio sur le critère de l optimum techico-écoomique. a orme e vigueur e Frace UTE C 8-5 défiit les iveaux de tesio alterative comme suit : HTB - pour ue tesio composée supérieure à 5 kv HTA - pour ue tesio composée comprise etre kv et 5 kv BTB - pour ue tesio composée comprise etre 5 V et kv BTA - pour ue tesio composée comprise etre 5 V et 5 V TBT - pour ue tesio composée iférieure ou égale à 5 V E Frace, l'alimetatio des cliets peut être réalisée, pour le iveau de la tesio HTA, e gééral, à 5,5 kv, kv, 5 kv, kv ou 33 kv. e fourisseur EDF ted, pour des raisos de coût, à uiformiser les iveaux de tesio à kv. a tesio de la source d'alimetatio est gééralemet liée à la puissace de livraiso. e Tableau I- idique les iveaux de tesio d'alimetatio usuellemet choisis e Frace e foctio de la puissace souscrite, [Dec-8]. Tableau I- Niveaux de tesio d'alimetatio e foctio de la puissace souscrite Tesios d alimetatio BTA HTA HTB 63kV ou 93 kv HTB 5 kv puissace de livraiso [kva] 5 4 es caractéristiques locales du réseau de distributio ou les particularités de l'istallatio électrique du cliet peuvet etraîer des modificatios sur ces choix de iveau de tesio. e Tableau I- résume les caractéristiques pricipales de ces structures et leur comparaiso, [Sei-8]. a Figure I- présete les différets types d architectures [Sei-8].

19 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Tableau I- Caractéristiques des architectures Radiale E boucle Productio itere d éergie Architecture Utilisatio Avatages Icovéiets Faible dispoibilité d alimetatio Simple atee Structure la plus Temps de coupure Processus peu simple sur défaut log exigeat e cotiuité Facile à protéger U seul défaut de service Coût miimal etraîe la coupure de l alimetatio d atee Double atee Double dérivatio Double jeu de barres Boucle ouverte Boucle fermée Productio locale Remplacemet (ormal/secours) Processus cotiu : sidérurgie, pétrochimie Réseaux urbais Extesios futures limitées Processus à grade cotiuité de service Processus avec forte variatio des charges Réseaux très étedus Extesios futures importates Charges cocetrées sur différetes zoes d u site Réseaux à grade cotiuité de service Réseaux très étedus Charges cocetrées sur différetes zoes d u site Sites idustriels avec processus auto producteur d éergie Ex. : papeterie, sidérurgie Sites idustriels et tertiaires Ex. : hôpitaux Boe cotiuité d alimetatio Maiteace possible du jeu de barres du tableau pricipal Boe cotiuité d alimetatio Simplicité des protectios Boe cotiuité d alimetatio Souplesse d utilisatio : trasferts sas coupure Souplesse de maiteace Mois coûteux que la boucle fermée Simplicité des protectios Boe cotiuité d alimetatio Pas de écessité de foctios d automatisme Boe cotiuité d alimetatio Boe cotiuité d alimetatio des départs prioritaires Solutio coûteuse Foctioemet partiel du jeu de barres e cas de maiteace Nécessité de foctios d automatisme Solutio coûteuse Nécessité de foctios d automatisme Coupure d alimetatio d u troço sur défaut pedat recofiguratio de boucle Nécessité de foctios d automatisme Solutio coûteuse Complexité du système de protectio Solutio coûteuse Nécessité de foctios d automatisme

20 Chapitre I : Cotexte de l étude égede : NO ormalemet ouvert, NF- Normalemet fermé - disjocteur - iterrupteur sectioeur - sectioeur a - simple atee b double atee c double dérivatio d double jeu de barres e - Coupure d artère : Boucle ouverte f - Coupure d artère : Boucle fermée g - Productios locales h - Productio de secours Figure I- Architectures des réseaux 3

21 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Das la suite, ous présetos les postes source, les réseaux HTA, les régi de eutre et les défauts. 3. e poste source HTB-HTA Das cette thèse, ous cosidéros le pla de protectio du trasformateur HTB-HTA jusqu aux postes de distributio publique et aux divers cliets HTA. es postes sources comportet les trasformateurs HTB-HTA, des protectios, ue sur la partie HTA avat le jeu de barres (sur l arrivée), et après le jeu de barres, ue sur chaque départ. e type de ces protectios déped du type de défaut cotre lequel elles protéget le réseau. Aisi, l élémet de base du système de protectio est la protectio ampèremétrique ( 4..). a Figure I- présete u simple schéma d u poste source avec les protectios afféretes pour le jeu de barres HTA. Figure I- Poste de trasformatio et esemble des protectios du jeu de barres du Poste Source 3. es réseaux HTA es réseaux HTA sot composés de tableaux et de liaisos alimetat ces tableaux. Nous allos tout d'abord étudier les différets modes d'alimetatio des tableaux, puis les différetes structures des réseaux permettat d'alimeter ces tableaux. 4

22 Chapitre I : Cotexte de l étude Gradeurs caractéristiques des réseaux HTA de kv es réseaux HTA doivet avoir ue puissace de court-circuit, P CC, supérieure à 4 MVA à la sortie du poste source (parce que, par exemple, les courats de court-circuit sot suffisats, ici uiquemet 9 A et les chutes de tesio sot acceptables sur ue variatio de puissace). e ombre de trasformateurs HTB/HTA est souvet de e rural et de 3 e urbai. a puissace maximale admise par départ est de 5 MVA e rural où les cotraites sot surtout des cotraites de tesio, et 6 MVA e urbai où les cotraites sot surtout des cotraites de courat admissible et de Pcc. Cette valeur est imposée par la limite de 4 A sur les cellules «départ» du poste source et le choix de câbles (e foctio d u calcul techico-écoomique pour la sectio miimale qui permet, sas échauffemet dagereux, le passage d u courat électrique maximal correspodat à la puissace appelée). e calcul techico-écoomique repose sur ue optimisatio du coût (ivestissemetpertes). e résultat obteu aboutit das la majorité des cas à u courat omial bie au delà du courat maximum trasitat das le câble. Das les zoes rurales, la logueur moyee d u départ est d eviro 55 km et le produit maximal accepté d u départ P (puissace x logueur, image de la puissace das la zoe coupée) est de MVA km. Par cotre, das les zoes urbaies, la desité de puissace red iutile les limitatios de ces valeurs. a otio de produit P est mise e œuvre pour positioer les orgaes de maœuvre (actuellemet OMT voire des protectios das le futur). e ombre d orgaes de coupure (o télécommadés) déped du type du réseau et de la distributio de la charge. Gééralemet, ils sot situés aux ramificatios das le cas d u réseau radial ou à chaque poste, e amot et e aval pour les réseaux e coupure d artère. Das les réseaux urbais, la sectio des câbles récets est gééralemet de 5 ou 4 mm. es autres coducteurs ot souvet des sectios de 95 mm. Das les réseaux ruraux, les coducteurs peuvet avoir des sectios de 4 mm, mais seulemet à la sortie du poste source. Pour les coducteurs aéries, o trouve des sectios de 48mm² ou 75 mm² pour les liaisos pricipales et de 54 mm² pour les liaisos secodaires (celles qui reliet le réseau aux charges dispersées). Notos que la plupart des liges sot aériees das les zoes rurales et e câbles souterrais das les zoes urbaies. a politique actuelle est d efouir les coducteurs pour ue meilleure qualité de service. e distributeur doc fait des modificatios cotiues de so réseau aisi que des mutatios des postes Pour les réseaux avec coducteurs aéries et souterrais, il faut predre e compte la fiabilité de câbles, alors, la logueur du coducteur, deviet Taux _ icidets _ aer aer = laer lsout et Taux _ icidets _ sout sout = l sout l aer Taux _ icidets _ sout Taux _ icidets _ aer 5

23 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur sources ruraux e eutre compesé, pour faire face au courats capacitifs de plus e plus importats a réactace des liges aériees HTA [/km] peut avoir de valeurs de,3 doées par la orme NF C3-5, [Nfc-94] ou,35 (habituellemet utilisée). Pour les sectios usuelles e alliage d alumiium, motrées das le Tableau I-3, les valeurs ot été obteues selo la méthode de la orme CEI 699-, [Cei-8]. Ce tableau présete les caractéristiques de quelques types des liges aériees e alliage d alumiium et qui respectet la orme NF C 34 5, [Nfc-76]. Tableau I-3 Caractéristiques des liges aériees HTA Sectio [mm ] Réactace [/km] R C [/km] R 35 C [/km] I max été [A] I max hiver [A] Itesité maximale admissible lors d u court-circuit de s [ka] a relatio etre le courat de court-circuit maximal admis et la sectio S de la lige pedat u temps t de court-circuit est : S Icc = [Sic-]. t a capacité des liges aériees est usuellemet prise égale à 5 pf/m. es câbles souterrais ot des capacités homopolaires plus importates (de.55 µf/km pour ue sectio de 5 mm jusqu à.69 µf/km pour ue sectio de 63 mm ). es valeurs des courats admissibles et les résistaces de câbles souterrais sot plus proches des valeurs des liges aériees. 3.3 es défauts das les réseaux de distributio es défauts das u réseau électrique peuvet avoir différetes origies : mécaique (ue rupture de coducteurs ou ue liaiso électrique accidetelle etre deux codesateurs par u corps étrager) ; électrique (ue dégradatio de l isolemet etre phases ou etre ue phase et la masse ou la terre, ou suite à des surtesios à cause de maœuvres ou coups de foudre) ; humaie, par exemple la mise à la terre d ue phase, u couplage etre deux sources de tesio différetes ou des phases différetes ou la fermeture par erreur d u appareil de coupure. 6

24 Chapitre I : Cotexte de l étude Quatre valeurs caractéristiques du courat de court-circuit sot à détermier : la valeur crête du courat de court-circuit maximal (valeur de la première crête de la période trasitoire) qui détermie : le pouvoir de fermeture des disjocteurs et des iterrupteurs, la teue électrodyamique des caalisatios et de l appareillage ; la valeur efficace du courat de court-circuit maximal correspod à u courtcircuit triphasé symétrique à proximité immédiate des bores aval de l appareil de coupure. Souvet, o rajoute ue otio temporelle (au bout de 5 ms, e coformité avec CEI 99). Cette valeur détermie : le pouvoir de coupure des disjocteurs et des fusibles ; la cotraite thermique qu ils doivet supporter. la valeur miimale des courats de court-circuit etre phases correspod à u court-circuit biphasé (si la part de productio décetralisée est faible) au poit le plus éloigé électriquemet de la source et est idispesable pour le choix de la courbe de déclechemet des disjocteurs et des fusibles ou pour le réglage des seuils des protectios à maximum de courat, otammet lorsque la protectio des persoes repose sur le foctioemet des dispositifs de protectio à maximum de courat phase. la valeur du courat de court-circuit moophasé terre qui déped du régime de eutre et qui détermie le réglage des protectios cotre les défauts à la terre. es différets types de défaut peuvet être : moophasé détectio au iveau des départs 7 à 8% des défauts permaets sur les réseaux HTA ; polyphasé (biphasé ou triphasé) par l itermédiaire de la terre ou o - détectio au iveau des départs et sur le réseau. O effectue gééralemet le classemet des défauts e foctio de leur durée. Cette derière a u impact sur le comportemet des protectios. O distigue les défauts : auto exticteurs ils disparaisset aturellemet avat le foctioemet des protectios et ot ue durée iférieure à eviro ms ; fugitifs - ils écessitet le foctioemet des protectios et sot élimiés par les automatis de reprise de service après ue ouverture d eviro,3 s ou par le disjocteur shut réeclecheur (les mécais de réeclechemet ouvret et fermet le circuit afi d'élimier les défauts créés par le cotact d objets qui sot détruits au passage du courat de court-circuit) ; Ce type de mécaisme de réeclechemet existe que sur les départs aéries ruraux. 7

25 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur semi permaets ils écessitet le foctioemet des protectios et sot élimiés par les automatis de reprise de service à l issue du er ou du éme réeclechemet let ; permaets ils e sot pas élimiés par les réeclechemets mais par le foctioemet des protectios et écessitet alors ue itervetio de l exploitat ; évolutifs défaut moophasé évoluat au même lieu e défaut biphasé ou triphasé (accompagé d u creux de tesio perceptible par les cliets) ; itermittets les plus difficiles à détecter ce sot des défauts moophasés de durée de à ms qui se réamorcet selo ue période gééralemet comprise etre et ms (défauts auto exticteurs réamorçats). Ue statistique faite sur les probabilités d apparitio des différets types de défauts est présetée das le Tableau I-4 [Ray-]. Tableau I-4 Statistiques de défauts No permaet Permaet Types des défauts pourcetage Moophasé 76% Biphasé isolé 3% Biphasé terre 4% Triphasé 8% Evolutif 4% Double 5% Moophasé 67% Biphasé isolé 5% Biphasé terre 4% Triphasé 7% Evolutif 7% Pourcetage total 96.6% 3.4% Das la suite, ous présetos les différets moyes de coecter le eutre du trasformateur HTB/HTA à la terre (isolé, par résistace, par réactace faible, réactace de compesatio et direct à la terre). 3.4 es régi de eutre O appelle régime de eutre la maière dot est coecté le poit eutre du secodaire du trasformateur HTB/HTA. Impédace de mise à la terre a ature (capacité, résistace, iductace) et la valeur (zéro à l ifii) de l impédace N de liaiso etre eutre et terre ifluecet le potetiel du poit eutre. Aisi, o peut recotrer l u des ciq cas suivats : 8

26 Chapitre I : Cotexte de l étude N = : eutre isolé, pas de liaiso itetioelle (Autriche, Belgique, Suisse, Italie, Filade, Espage) [Cir-3] N est ue résistace de valeur plus ou mois élevée, (e Frace, souvet 4 pour le réseau HTA). N est ue réactace de valeur faible e gééral, (e Frace, souvet résistifs e série avec ue iductace de pour le réseau HTA). N est ue réactace de compesatio, destiée à compeser la capacité du réseau (proche du eutre isolé). U départ est compesé si le courat capacitif dépasse A et s il y a plus de 5 km de liges aériees, N = : le eutre est relié directemet à la terre. e choix du régime de eutre est lié au mode d exploitatio du réseau lorsqu il est e défaut. Aisi u régime de eutre isolé (ou compesé) permet u foctioemet à défaut moophasé maiteu (premier défaut apparu). Aisi la difficulté à détecter le défaut moophasé sera à l image de la réductio du courat de terre et doc dépedat du régime de eutre choisi. Quelques caractéristiques de ces mises à la terre du eutre sot présetées das l Aexe. Das la suite, ous présetos les différets types de protectios et décrivos le système de protectio. 4 Protectios des réseaux électriques Das cette partie du chapitre, ous présetos ue descriptio du système de protectio, les différets types de protectios avec leurs réglages et leur sélectivité afférete. A la fi du sous chapitre, ous décriros quelques caractéristiques des plas de protectio utilisés e dehors de la Frace. Aexe présete la omeclature des différetes foctios de protectio. 4. Descriptio du système de protectio sur u réseau moyee tesio U système de protectio repose sur la structure globale du réseau électrique et coordoe ses différets élémets de protectio. es protectios idividuelles se composet d ue chaîe costituée des élémets suivats (Figure I-3) : capteurs de ure de courat et de tesio qui fourisset les iformatios écessaires à la détectio des défauts, relais de protectio, qui surveillet e permaece l état électrique du réseau et qui élaboret des ordres de commade au circuit de déclechemet, 9

27 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur appareillages qui ot le rôle de coupure : disjocteurs, iterrupteurs-fusibles, cotacteurs-fusibles. Figure I-3 Chaîe de protectio U système de protectio doit : préserver la sécurité des persoes et des bies ; éviter la destructio partielle ou totale des matériels ; assurer la meilleure cotiuité de fouriture possible. O défiit alors les dispositifs de protectios cotre ([Pi-98], [Cha-9]) : les courts-circuits, etre phases et phase-terre ; les surcharges ; les perturbatios de tesio et électromagétiques : les surtesios à fréquece idustrielle ; les surtesios d origie atmosphérique ; les perturbatios électromagétiques. U pla de protectio est doc l esemble des dispositios pour : élimier les défauts e séparat l élémet défectueux du reste du système électrique par u orgae de coupure ; élimier u défaut par ue protectio et assurer évetuellemet la protectio de secours (redodace des protectios) ; protéger certais matériels spécifiques : trasformateurs, liges/câbles HTA, gradis de codesateurs HTA, etre autres ; permettre la modificatio temporaire des foctioemets (sesibilité, rapidité) pour effectuer certaies opératios d exploitatio : travaux sous tesio, mise e parallèle de trasformateurs. es qualités d u pla de protectio sot les suivates : la sesibilité ; la sélectivité ; la rapidité ; la fiabilité ; la simplicité ;

28 Chapitre I : Cotexte de l étude le coût. e pla de protectio doit être orgaisé afi de permettre la sélectio et l'élimiatio des défauts d'isolemet de toutes for. Il doit permettre de distiguer l'élémet défectueux parmi les élémets de réseaux suivats : départs HTA ; jeux de barres HTA ; trasformateurs HTB/HTA et leurs liaisos aux jeux de barres HTA. Ces protectios sot alors orgaisées e cascade suivat ces trois iveaux. De plus, il faut ajouter : les protectios cotre les défauts résistats (des défauts très résistats e sot pas «vus» par les protectios de phase, mais, fréquemmet ils évoluet, das le temps, e défauts mois résistifs); les protectios des tableaux HTA ; les protectios du trasformateur HTB/HTA ; l'élimiatio des défauts par le foctioemet du disjocteur shut. 4. es différets types de protectios es protectios sot utilisées pour détecter et isoler tout phéomèe aormal pouvat se produire sur u réseau électrique. a foctio de protectio est réalisée par des relais ou des appareils multifoctios, qui comparet e permaece les gradeurs électriques du réseau à des seuils réglables. E foctio du type de protectio, les gradeurs urées par les capteurs peuvet être : courat, tesio, fréquece et les gradeurs calculées peuvet alors être : puissaces, impédaces. orsque la ure dépasse le seuil, la protectio doe des ordres d actio comme l ouverture du disjocteur, après ue temporisatio. Cette temporisatio est la somme du temps de coupure du disjocteur (temps de ure, de calcul de l algorithme, de répose de l appareil et le temps d élimiatio de l arc), des toléraces de temporisatio (marge de sécurité afi d éviter les doubles déclechemets). Cette chaîe d actios est présetée das la Figure I-4. temps Figure I-4 Décompositio du temps de réactio d ue protectio

29 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Nous listos das la suite quelques algorith de protectio. 4.. a protectio ampèremétrique es protectios ampèremétriques uret la valeur de courat de phase ou de terre. C est pourquoi il existe des protectios à maximum de courat phase et des protectios à maximum de courat terre. Ces deux types de protectios ampèremétriques peuvet aussi être muies d ue foctio de directioalité. es protectios à maximum de courat phase (code ANSI 5 ou 5) Ce type de protectio est utilisé pour détecter les suritesités moophasées, biphasées ou triphasées. a gradeur urée est alors le courat. orsqu u, deux ou trois des courats cocerés dépasset la cosige correspodat au seuil, la protectio deviet active et décleche. a protectio peut être utilisée avec ue temporisatio qui bloque la commade de déclechemet pedat u temps égal à la temporisatio sélectioée (de foctioemet). Suivat le calcul de la temporisatio e foctio du courat uré, il existe des protectios à temps idépedat (ou costat) et à temps dépedat (ou iverse). es protectios à temps idépedat ot ue temporisatio costate, idépedate de la valeur du courat. a courbe de déclechemet est simple et défiit ue zoe de foctioemet limitée à gauche par le seuil de foctioemet e courat, I S - seuil de courat, et e bas par le retard de foctioemet de la protectio, T - temporisatio, Figure I-5. Figure I-5 Protectio à temps idépedat es protectios à temps dépedat ot ue temporisatio dépedat du rapport etre le courat uré et le seuil de foctioemet. O l'appelle iverse parce que le retard dimiue avec l'augmetatio du courat uré, à l image de la fusio d u fusible e foctio de la suritesité qui le parcourt, Figure I-6.

30 Chapitre I : Cotexte de l étude Figure I-6 Protectio à temps dépedat a orme CEI 55-3 fourit les formules et valeurs de calcul pour des différets types de courbes : extrêmemet iverse, très iverse, iverse. a équatio (I-) comporte des paramétrés réglables (k le multiplicateur de temps et I S - le courat de seuil), u paramètre uré (I le courat de défaut uré par le capteur après le trasformateur de courat) et des paramétrés imposé pour chaque type de courbe (α et β présetés das le Tableau I- 5). t k β = α I I S (I-) Tableau I-5 Courbes de déclechemet typiques des protectios à temps dépedat Caractéristiques très extrêmemet iverse de courbes iverse iverse Paramètres α imposé β. es protectios ampèremétriques à temps costat ou idépedat sot iadaptées pour u réseau avec le eutre compesé pour u défaut moophasé [Pre-98]. Nous verros das le 4..4 quelles sot les protectios qui les remplacet. Si o ajoute ue foctio d évaluatio du ses du courat de phase, ces protectios devieet directioelles (code ANSI 67). e foctioemet de cette protectio est préseté das l Aexe 3. es protectios à maximum de courat terre (code 67 N, 67 NC, 5N ou 5N, 5G ou 5G) es protectios ampèremétriques de terre sot utilisées pour détecter les défauts à la terre. Elles sot activées lorsqu il y a u courat résiduel qui circule das la terre. E régime de foctioemet ormal, le courat résiduel I rsd = I I I est quasi ul. ors d u 3 3

31 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur défaut, il doe ue image du courat de défaut qui passe par la terre (das les cas des réseaux sas eutre distribué). Comme la protectio de phase, le pricipe de protectio de terre est simple ; si la valeur urée de courat dépasse le seuil pedat ue durée égale à la temporisatio choisie, la protectio est activée. e courat résiduel peut être uré par : u trasformateur de courat de type tore pour les trois coducteurs qui uret u flux magétique φ = φ φ φ. Ce flux est proportioel au I parce que rsd 3 rsd chaque flux magétique composat est proportioel au courat correspodat. trois trasformateurs de courat, qui uret chaque courat de phase, coectés e parallèle afi d obteir la somme vectorielle. Ces protectios peuvet être à temps dépedat ou idépedat comme les protectios à maximum de courat de phase. e foctioemet de la protectio à maximum de courat terre est préseté das l Aexe a protectio différetielle e pricipe de la protectio différetielle cosiste à comparer les courats aux deux extrémités de la zoe surveillée (Figure I-7). es différeces etre ces courats sot détectées et la protectio sigale la présece de défaut. Elle est itrisèquemet sélective e e détectat que les défauts iteres et pas les défauts exteres. a protectio différetielle est avatageuse parce qu elle peut détecter des courats de court-circuit iférieurs au courat omial et aussi parce que la temporisatio peut être très faible. Elle peut protéger ue zoe de réseau (u ou plusieurs câbles), u jeu de barres ou u trasformateur. Figure I-7 e pricipe de foctioemet de la protectio différetielle a stabilité de la protectio différetielle est sa capacité à rester isesible s il y a pas de défaut itere à la zoe protégée, même si u courat différetiel est détecté (courat magétisat de trasformateur, courat capacitif de lige, courat d erreur dû à la saturatio des capteurs de courat). Il y a plusieurs types des protectios différetielles [Pre-98] : à haute impédace ; à fil pilote de câbles ; pour les trasformateurs. 4

32 Chapitre I : Cotexte de l étude 4..3 a protectio de distace O utilise u relais capable de urer l'impédace d'ue lige istataémet. E effet, l'impédace d'ue lige électrique est proportioelle à sa logueur. e pricipe de base de la protectio de distace implique la divisio de la tesio au poit de ure par le courat uré. Par exemple l'impédace apparete aisi calculée est comparée avec l impédace de la lige. Si l'impédace urée est iférieure à (soit de à %), o suppose qu il y a u défaut sur la lige etre le relais et l extrémité de la lige aisi protégée. Das le cas des réseaux maillés, o peut utiliser des protectios de distace qui protéget chaque ouvrage. Nous présetos la logique de distace utilisée par ces protectios das le a protectio wattmétriques homopolaire Das le cas de mise à la terre du eutre HTA par bobie de compesatio, le courat das le eutre, e cas de défaut moophasé, a deux composates l'ue active et l'autre réactive qui compese le courat capacitif homopolaire. Si cette composate réactive est du même ordre de gradeur que le courat capacitif et si la composate active est faible, le courat de défaut sera fortemet réduit. e courat vu par la protectio du départ e défaut peut être iférieur e module à celui vu sur u départ sai. Cela sigifie que les protectios à critère ampèremétrique, qu'elles soiet à temps costat ou à temps dépedat, sot iadaptées. orsque le courat de défaut maximal est iférieur à quelques dizaies d'ampères, les défauts moophasés à la terre, fugitifs et semi permaets (eviro 9 %) devieet auto exticteurs. es protectios wattmétriques homopolaires sot istallées sur les arrivées des jeux de barre et sur les départs HTA (e cas de départs fortemet capacitifs ou de mise à la terre du eutre HTA par bobie de compesatio). e foctioemet repose sur le fait que, lors d u défaut, das les départs sais, e circulet que des courats résiduels résultat de leurs capacités homopolaires et seul le départ e défaut "voit" circuler u courat actif homopolaire. E effet, e parallèle de la bobie de compesatio, il y a ue résistace de mise à la terre qui crée ce courat actif. es critères de foctioemet peuvet être : la puissace wattmétrique homopolaire : Vo Io cos φ le courat actif homopolaire : Io cos φ. So foctioemet est similaire à celui des protectios terre (67N), mais, e plus, il est écessaire de coaître l agle. φ est l agle etre I et V, ou bie, etre I et la droite passat par V. Ce type de protectio est sesible au courat résiduel actif circulat sur le départ qu'elle protège. a Figure I-8 présete sa caractéristique das le pla I P I Q (courat résiduel actif- courat résiduel 5

33 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur réactif). Si I r est l itesité résiduelle du départ e défaut et I r est l itesité résiduelle das les départs sais et que la protectio foctioe lorsque le courat résiduel a la composate I r cosϕ > seuil, o peut recotrer deux problè : Déclechemet itempestif d'u départ sai résultat d'u réglage trop bas du seuil si ϕ uré est trop importate et I I ( ) seuil etre l agle de la valeur urée ( I r = r > cos ϕ. uré r e φ est la différece ) et celui de l itesité résiduelle ( I r ). No déclechemet du départ e défaut résultat d'u courat résistif trop faible si ( ϕ ) seuil uré I = I r r cos ϕ < V I Q Figure I-8 Caractéristique d'ue protectio wattmétrique homopolaire a sesibilité de la protectio déped des trois élémets suivats : seuil de la protectio, courat actif gééré par l'impédace de mise à la terre du eutre, courat réactif résultat du désaccord etre le courat réactif (selfique) de l impédace de mise à la terre du eutre et la capacité homopolaire des phases saies du réseau es protectios voltmétrique homopolaires e pricipe de foctioemet est simple : lorsqu u défaut à la terre apparaît, la tesio homopolaire, qui était ulle, deviet importate. Si o ure la tesio homopolaire, o peut détecter la présece d u défaut à la terre. e réglage est exprimé e pourcetage de la valeur omiale de la tesio simple (-%). e relais voltmétrique homopolaire est coecté à u géérateur de tesio homopolaire (trasformateur avec le secodaire e triagle ouvert, voir Figure A-5 du l Aexe 4). Elle a quelques icovéiets : sélectivité très faible sesibilité moyee es protectios sot utilisées par les producteurs autoo et les cliets HTA et e associatio avec d autres protectios pour les réseaux à eutre compesé. 6

34 Chapitre I : Cotexte de l étude 4.3 Réglages et sélectivité Après avoir abordé les pricipales familles de protectio, ous allos maiteat cosidérer la maière de réaliser le pla de protectio c est-à-dire commet régler e cohérece les différetes protectios d u réseau Réglage des protectios d u départ Après avoir décrit les différets types de protectios utilisables, ous allos aborder la partie associée aux réglages et à la coordiatio des protectios etre elles. Pour ce faire, ous allos expliquer ce qui est fait actuellemet das les postes sources d ERDF. Cosidéros ce qui est attedu par le cahier des charges du foctioemet de la protectio e tête de départ das le cas d ue suritesité. Si la durée du défaut est iférieure à 6 ms, la suritesité est pas prise e compte. Mais si cette durée dépasse ms, la suritesité est systématiquemet prise e compte. Etre 6 ms et ms la suritesité peut être prise e compte alors la protectio peut déclecher. a temporisatio du départ est t depart =,5 s. Cette temporisatio est le résultat du temps d élimiatio des cliets HTA (, s, [Nfc-]) augmeté de l itervalle de la sélectivité (eviro,3 s). e réglage palier 86 (EPAMI EPATR) a otatio EPAMI représete l Esemble de Protectios A Maximum d'itesité à temps costat et EPATR représete l Esemble de Protectios Ampèremétriques homopolaires de Terre Résistate à temps dépedat. e foctioemet du système de protectio par EPAMI d u départ est le suivat : émissio par la protectio d ue iformatio «suritesité», traitemet de cette iformatio par u calculateur, e cas de persistace de l iformatio suritesité, la protectio elle-même agit sur le disjocteur e provoquat so ouverture. Cette temporisatio est égale à la temporisatio itroduite das le «calculateur» soit,3 s afi de permettre u premier secours. Elles se trouvet das le poste source e protégeat les têtes de départ et aussi les jeux de barres. e foctioemet par EPATR est similaire mais e écessite pas de réglage : u décalage de,3 s existe par costructio etre l ordre de déclechemet fouri au calculateur (équivalet à la «suritesité» délivrée par l EPAMI) et l ordre de déclechemet doé directemet par l EPATR. 7

35 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a protectio EPATR est ihibée pedat 5 ms, ceci pour éviter des sigalisatios itempestives lors de phéomèes climatiques e réseau. Figure I-9 Chroogramme du foctioemet du disjocteur réeclecher de l EPATR pour u défaut supérieur à 5 A et iférieur au réglage du relais homopolaire du départ. Ces esembles (EPAMI et EPATR) sot utilisés actuellemet par ERDF. Ces deux systè costituet la clef de voûte du système de protectio des réseaux actuels (hors eutre compesé). Notos que, das les réseaux avec u régime de eutre compesé, les protectios ampèremétriques e sot plus utilisables pour les défauts moophasés car le courat homopolaire de défaut est faible par rapport aux seuils de réglage des courats de phase. De même, das le cas de réseau avec beaucoup de capacitif, lors du court-circuit, u courat capacitif importat circule par les liges saies et peut alors faire déclecher les protectios (Figure I- à droite). Figure I- Cas d usage d EPATR, limites de détectio C est pourquoi des protectios wattmétriques homopolaires sot utilisées e Frace. Das le réseau HTA, les cosommateurs ot des protectios réglées à ms (d après les costructeurs d équipemet de protectio, [Als-] qui respectet les spécificatios des or d aujourd hui, NF C3-, [Nfc-]). O a vu das le 4. que le réglage d ue protectio e amot peut dépedre du réglage de la protectio e aval. e pla de protectio 8

36 Chapitre I : Cotexte de l étude doe alors la corrélatio avec les protectios voisies. Il faut doc étudier les deux côtés du réseau et leurs iflueces sur le pla de protectio du réseau de distributio. Notos aussi que das le cas des réseaux de distributio publique fraçais, la protectio e tête de départ s ouvre à l issue d ue temporisatio avec, le cas échéat, des cycles de réeclechemet pour élimier les défauts fugitifs ou auto-exticteurs. e départ est alors hors tesio. es réglages des protectios d ue arrivée sot présetés das l Aexe 5. Protectio ampèremétrique de phase es relais doivet être réglés e itesité à ue valeur iférieure au plus petit courat de défaut susceptible de se maifester etre phases. Ce courat est celui qui résulte d u défaut biphasé sas cotact à la terre pour la positio du défaut la plus impédate. es protectios, EPAMI, sot réglées e utilisat l équatio (I-):,3 I < I <, 8 I (I-) tc r a marge iférieure est fixée par rapport au démarrage des machies asychroes qui peuvet demader jusqu'à plus 3% de courat omial (I tc ), aisi que lors de grads froids, le déclechemet de ombreux covecteurs (cold peak load) chez les particuliers suite à ue décoectio logue du départ. Pour éviter les erreurs de calcul (effet des trasformateurs de ure) et les déclechemets itempestifs associés, o e dépasse pas 8% du courat miimal biphasé, (Iccb), afi d être sûr de détecter ces défauts. e seuil de réglage, Ir, doit doc être compris etre ces deux limites. Protectio ampèremétrique homopolaire à temps cotat orsqu u départ est le siège d u défaut moophasé, so relais homopolaire est traversé par u courat I r qui varie e foctio de la résistace du défaut, de l impédace de mise à la terre du eutre HTA, de la tesio HTA et de la capacité homopolaire du réseau. e réglage e peut être iférieur à 6 % du calibre des trasformateurs de courat e raiso de la saturatio de ces deriers lors des réeclechemets. e réglage I r doit être supérieur à la valeur du courat résiduel 3 I du départ lorsqu u défaut frac apparaît sur u autre départ, voir l équatio (I-3). I r ( I ) où k =, et I = 3 j C V > k ω 3 (I-3) Nous avos oté C la capacité totale du départ coceré. ccb Protectio Wattmétrique homopolaire e réglage pratiqué das les réseaux HTA est ispiré de la Basse Tesio (BT). Pour le cas BT, ous avos la puissace P BT =,4 W (avec la sesibilité 5 A à A sur les types de mise à la terre actuels). a Figure I- motre des sesibilités e HTA pour,4 W e BT. 9

37 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure I- Exemples de sesibilité e HTA pour,4 W e BT Pour le cas HTA, la protectio wattmétrique homopolaire est réglée à P HTA =8 kw car l équatio de la puissace est celle das l équatio (I-4) (où le rapport du trasformateur de tesio, k TT, est de et le rapport du trasformateur de courat, k TC, est de ). P =.4 k k =.4 = kw (I-4) 8 HTA TT TC 4.3. a Sélectivité a sélectivité est le moye de régler des protectios pour leur permettre d agir correctemet, de maière coordoée et le plus rapidemet possible. a sélectivité doit coduire à imposer des réglages précis pour que les protectios puisset isoler la plus petite zoe du réseau possible e laissat sous tesio les autres parties saies du réseau (si possible). Das les réseaux de distributio HTA actuels, la sélectivité est coçue etre les protectios des producteurs/cosommateurs et les protectios du poste source. Das le cadre de la thèse, des protectios serot implatées das le départ et coduirot doc à mettre à jour la sélectivité etre les différetes protectios. Il faut aussi préciser que des pricipes de sélectivité existet aussi pour des réseaux idustriels. Ceux-ci sot aussi décrits das la suite de cette partie. Suivat les moyes à la dispositio du cocepteur du réseau et du coducteur de réseau, il existe différetes sélectivités qui peuvet être mises e œuvre : Sélectivité chroométrique (par le temps) ; Sélectivité ampèremétriques (par les courats) ; Sélectivité par échage d iformatios logique ; Sélectivité par utilisatio de protectios directioelles ; Sélectivité par utilisatio de protectios différetielles ; Sélectivité par utilisatio de protectios de distace ; Sélectivités combiées ; 3

38 Chapitre I : Cotexte de l étude a sélectivité chroométrique e pricipe est de doer des temporisatios différetes aux protectios e foctio de leur positio par rapport au défaut. es protectios sot réglées suivat les courats de défaut et avec ue temporisatio décroissate depuis le poste source vers les extrémités du départ. a Figure I- présete la successio des temporisatios des protectios e foctio de la positio de la protectio das le réseau. a plus rapide est la protectio D qui est la plus éloigée de la source. Chaque protectio reçoit ue temporisatio additioelle de t=.3 s (par rapport aux or actuelles et techologies istallées) à ure que l o s approche du poste source. Si la ure, la trasmissio des ures vers la protectio, la détectio de valeur supérieure au seuil - algorithme, la commade d ouverture vers le disjocteur et l ouverture du disjocteur das le poit D se sot déroulées coveablemet, les autres protectios e voiet plus le défaut car il a été isolé et alors elles revieet e veille. Sio la protectio la plus proche (das ce cas, la protectio C) va doer la commade de déclechemet après la temporisatio (T C =.5 s). es protectios e amot costituet les secours pour les zoes aval. Ces secours et cette simplicité sot les avatages de cette sélectivité. Par cotre, lorsque le ombre de relais e cascade est grad, du fait que la protectio située le plus e amot a la temporisatio la plus logue et le courat de défaut le plus grad, o aboutit à u temps d élimiatio de défaut prohibitif et icompatible avec la teue des matériels aux courats de court-circuit, ou avec les impératifs extérieurs d exploitatio, (raccordemet au réseau électrique d u distributeur par exemple). Pour les protectios à temps dépedat aisi que pour les protectios à temps idépedat, les réglages sot I sa >I sb >I sc >I sd et T A =T B.3 s; T B = T C.3 s; T C = T D.3 s, comme il est motré das la Figure I-. Figure I- Sélectivité chroométrique 3

39 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Sélectivité ampèremétrique e pricipe repose sur l idée que, das u réseau, le courat d u défaut proche de la source est plus importat que le courat de défaut plus éloigé de la source. e seuil de la protectio ampèremétrique est réglé à ue valeur iférieure à la valeur de court-circuit miimal provoqué par u défaut sur la sectio surveillée, et supérieure à la valeur maximale du courat provoqué par u défaut situé e aval (au-delà de la zoe surveillée). Ce réglage peut être avatageux parce que chaque protectio est pas ifluecée par les défauts e dehors de sa zoe de protectio et alors il e peut pas déclecher par erreur. Il est beaucoup utilisé pour protéger des troços de liges séparés par u trasformateur ou lorsque l o a des modificatios de sectios, car ce système est simple, de coût réduit et applicable pour ce type de réseau. Mais ce réglage a aussi le grad icovéiet qu il assure aucu secours. Aussi pour les réseaux sas impédaces importates, il est difficile de défiir les réglages de deux protectios e cascade parce que le courat de défaut e varie pas otablemet lorsqu u défaut apparaît etre deux zoes voisies. a sélectivité logique a sélectivité logique est e fait ue aide pour la sélectivité chroométrique qui impose des temporisatios de plus e plus logues lorsque l o a beaucoup de protectios e cascade. Cette sélectivité ajoute des commuicatios etre les protectios permettat d agir plus vite qu avec la sélectivité chroométrique. iformatio échagée permet d agir istataémet et de e pas attedre plus que la temporisatio de.3s. e défaut est facile à trouver parce que das u réseau radial e défaut, seules les protectios e amot du défaut sot sollicitées. Toutes les protectios sollicitées evoiet u ordre d attete logique à l étage supérieur amot, qui est e fait ue demade de temporisatio de leurs actios respectives. ordre de déclechemet au disjocteur associé est evoyé par les protectios sollicitées seulemet si il a pas reçu l ordre d attete de l étage aval ou après que le temps de blocage ait été dépassé mode secours. a Figure I-3 motre l échage d iformatios etre les protectios voisies. Das le cas préseté das la figure, la protectio D est la seule qui evoie l ordre d attete e amot et qui e reçoit pas d ordre d attete de l aval. Elle est alors celle qui va evoyer l ordre d ouverture. Si tout foctioe avec succès, le défaut est isolé e aval du poit D. Sio la protectio C va agir après la temporisatio T D T 3. 3

40 Chapitre I : Cotexte de l étude Figure I-3 Sélectivité logique avatage est que pour u défaut situé etre D et C, par exemple, le déclechemet e comporte aucu retard grâce à la temporisatio. a temporisatio s applique seulemet e cas de secours. Alors le temps de déclechemet est idépedat de la positio du défaut das la cascade de sélectivité et du ombre de protectios e cascade. utilité est que le courat de court-circuit qui proviet d u défaut proche de la source est plus importat que le courat d u défaut au bout de la lige et alors il est importat d élimier ce premier courat (du défaut proche) plus vite que l autre défaut (éloigé). Il faut aussi souliger que le système itègre le secours. es icovéiets sot gééralemet liés à la commuicatio logique qui implique des fils supplémetaires. Elle est doc coûteuse pour des liges logues et reste esclave de la qualité de la commuicatio. De plus, l utilisatio d ue sélectivité logique doit predre e compte le risque de la défaillace de la commuicatio. Si o cosidère ue probabilité de défaillace pour chaque mètre de câble de commuicatio, la probabilité d avoir ue défaillace sur le système de protectio avec sélectivité logique augmete avec la logueur des liges protégées. U autre icovéiet est la difficulté de la combier avec d autres sélectivités, par exemple, ue sélectivité chroométrique pour les protectios éloigés et ue sélectivité logique pour les autres plus proches. U problème existe quad u défaut se produit au bout du réseau. es protectios éloigées du poste source mais proches du défaut, ampèremétriques avec sélectivité chroométrique, vot bie protéger leur part de réseau. Mais les protectios ampèremétriques, avec sélectivité logique, proches du poste source éamois mais éloigées du défaut vot déclecher (la protectio la plus proche du défaut) parce qu elles e reçoivet pas d ordre d attete. Comme il y a pas de commuicatio e aval, cette protectio qui décleche pese être la première à avoir vu le défaut. 33

41 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a sélectivité par protectio directioelle Cette sélectivité est pratiquée pour les réseaux bouclés ou maillés das lesquels les défauts sot alimetés par deux extrémités. es protectios evisagées sot directioelles à maximum de courat. a Figure I-4 présete le mode de déclechemet d ue protectio ampèremétrique équipée d ue détectio de directio du courat de court-circuit. Figure I-4 Sélectivité par protectio directioelle avatage est que la solutio est simple et de plus e plus utilisée car elle permet d éviter les déclechemets itempestifs (les réseaux devieet bouclés et comportet de plus e plus de productio décetralisée). Aussi cette sélectivité est utilisée das le cas des arrivées e parallèle, des réseaux e boucle fermée, ou certais cas de protectio cotre les défauts à la terre. Ue ure de tesio de référece est écessaire pour détermier la référece de phase pour la détermiatio du ses du courat. Doc elle a besoi d u trasformateur de ure de la tesio. a sélectivité par protectio différetielle Cette sélectivité est, bie sûr, valable pour les protectios différetielles. Elle est bie adaptée pour la structure du réseau miimal à protéger. O peut dire cela, parce que les protectios comparet les courats aux deux extrémités du troço de réseau. Alors la protectio protège la zoe délimitée par les poits de ure et elle est isesible à tout défaut extere. e foctioemet est possible à coditio d utiliser des trasformateurs de courat spécifiquemet dimesioés, redat isesible la protectio aux autres phéomèes. a sélectivité par protectio différetielle est avatageuse pour des zoes où il faut déclecher istataémet. Elle est sesible à des valeurs de courat de court-circuit iférieures au courat omial de l élémet protégé. Mais ue telle solutio est coûteuse ; elle est difficile à mise e œuvre et assure pas le secours. 34

42 Chapitre I : Cotexte de l étude a sélectivité par protectio de distace Elles peuvet être sélectives par costructio, c est-à-dire qu elles peuvet détecter les défauts éloigés mais elles vot déclecher après ue temporisatio plus logue que das le cas d u défaut proche. Pour cette raiso, ue sélectivité etre les protectios est assurée par réglages des différetes zoes des protectios. Si o pred l exemple d ue zoe du départ protégée par deux protectios de distace e cascade (e série), pour u défaut au bout de cette zoe, o va avoir ue sélectivité assurée etre les protectios. es deux protectios voiet le défaut mais, par costructio, la plus proche va déclecher plus vite que la protectio la plus éloigée. Alors les protectios e écessitet plus de sélectivité chroométrique supplémetaire pour être sélectives et, e plus, ot des temps de coupure plus courts que les autres types de protectios qui utiliset la sélectivité chroométrique. Par exemple, comme o peut le voir das la Figure I-5, ue protectio de distace va agir : istataémet das le cercle d impédace à 8% de la logueur de la lige zoe, après ue temporisatio de ms das la zoe comprise etre les cercles de 8% et % de la logueur (afi de teir compte des évetuelles icertitudes et variatios de paramètres) après ue temporisatio plus logue (e foctio des cas) das l extérieur de cercle de % de la logueur de la lige, pour assurer le secours de la protectio e aval. S il y a des moyes de commuicatio etre les protectios, la zoe etre % et 8% de logueur de la lige peut être réglée pour déclecher istataémet la protectio qui est à l autre extrémité de la lige et demader le verrouillage des autres protectios o cocerées. T 3 T T zoe 3 zoe zoe R Figure I-5 Schéma de foctioemet de la protectio de distace 4.4 Plas de protectio e dehors de la Frace e pla de protectio das les autres pays peut différer de celui e Frace suivat le schéma d exploitatio et de mise à la terre du eutre. idée du pla protectio reste la même : ue 35

43 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur protectio protège ue zoe de réseau e so aval (habituellemet, cette zoe est u départ de réseau de distributio qui correspod au départ HTA e Frace). Depuis les derières aées, l isertio de la géératio distribuée et l évolutio des réseaux de plus e plus rapide vers les Smart Grids ot imposé la recherche de solutios de protectios évoluées. Par exemple, aux Etats-Uis, le système IteliTEAM II a été développé par S&C Electric Compay - [Sa-]. a propositio comporte trois étapes : détectio, localisatio et isolemet, puis reprise. Ce système, compatible avec le SCADA (c est-à-dire mui de caaux de commuicatio pour échager des doées, des réglages), permet la reprise de service par la coordiatio d u esemble d iterrupteurs-sectioeurs qui peuvet être fermés sous tesio (voir la Figure I-6). Cette solutio e traite éamois pas du cas des protectios déployées e réseau mais propose u pla de reprise de service qui repose sur des orgaes de maoeuvre. Figure I-6 IteliTEAM - Etats-Uis - Exemple de pla de protectio Ces élémets aidet l autocicatrisatio des réseaux lors d u défaut par recoexios successives jusqu au derier iterrupteur-sectioeur- le plus proche du défaut. e système est cotrôlé par électroique, par radio ou par des réseaux e fibre optique. e système est utilisable pour des réseaux radiaux, bouclés ou ue combiaiso des deux. Il est facilemet et rapidemet adaptable aux modificatios du réseau (comme de ouveaux cosommateurs ou producteurs) et, e plus, il détermie la séquece de maœuvre des orgaes télécommadés et les commades lors de la reprise de service du réseau suite à u défaut (e isolat la partie défaillate). Ce système repose sur ue combiaiso d au plus trois protectios ampèremétriques avec sélectivité chroométrique et le reste des protectios ampèremétriques e aval repose sur ue sélectivité logique (voir la Figure I-7) [Sa-]. 36

44 Chapitre I : Cotexte de l étude Figure I-7 IteliTEAM - Etats-Uis - Exemple de sélectivité 5 Problématique de la thèse : commet établir u pla de protectio d u réseau flexible avec productio décetralisée? U moye cosidéré pour réduire les coupures brèves cosiste à utiliser de ouvelles architectures de réseau, recourir à l utilisatio des éergies locales (GED) et utiliser des protectios déployées e réseau. Cette ouvelle orgaisatio impose de ouvelles cotraites de foctioemet pour le pla de protectio. es réseaux évoluet beaucoup et leurs architectures sot de plus e plus complexes. Ces protectios das le réseau sot plus difficiles à régler que les protectios e tête de départ. E plus, leur présece sur le réseau complique même les réglages des protectios au iveau du poste source. 5. Impact de la productio décetralisée sur le foctioemet des protectios itroductio des Géératios d'eergie Dispersée (GED) das les réseaux de distributio a créé et va cotiuer de créer de plus e plus de problè au iveau des systè de protectio. Comme il est motré das [Doy-], l apport de courat de court-circuit d ue GED 3 est pas égligeable parce qu il peut modifier le ses de circulatio du courat de court-circuit voire augmeter sa valeur et aisi faire foctioer itempestivemet les protectios actuellemet présetes e tête de départ. aveuglemet de la protectio e tête du départ peut aussi se produire à cause d ue GED qui se trouve etre la source et le défaut. Das ce cas, si le courat de court-circuit de la 3 Pour ue GED de type machie sychroe voire asychroe. e cas des producteurs avec iterface d électroique de puissace est pas traité das cette référece. 37

45 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur GED est importat, le courat de court-circuit vu par la protectio e tête du départ peut être iférieur au seuil de déclechemet. Das la Figure I-8, o peut voir l apport de courat de court-circuit créé par la GED sur le départ sai et qui fait déclecher la protectio sur ce départ et évidemet décoecter ces charges. apport de GED au courat de court-circuit déped avat tout de sa techologie, mais égalemet de sa positio par rapport au défaut. Das le cas préseté das la Figure I- 8, le courat de court-circuit total sera la somme de courats produits par la source et la GED. PS I cc Poste source Sas GED Avec GED PS I cc Poste Source GED I cc GED égede: ige sous tesio ige hors tesio Cosommateur Source EDF HTA Alimetatio HTA - Poste Source Protectio Défaut de court-circuit GED Géératio distribuée Figure I-8 Problè itroduits par la présece de GED pedat u court-circuit sur le foctioemet des protectios e tête de départ es problè qui apparaisset suite au courat supplémetaire de court-circuit créé par la GED sot les suivats [Kau-4] : erreurs de déclechemets des protectios sur les départs sais, erreurs de déclechemets des protectios des producteurs, aveuglemet de protectios, qui e peuvet plus «voir» le défaut, modificatios au iveau de la valeur du courat de court-circuit, îlotage ivolotaire, blocage du réeclechemet, Das u réseau avec ue puissace importate de GED, la décoectio de toutes les GED pedat u court-circuit va géérer ue variatio de la productio, de courat et aussi de la tesio das le réseau e défaut. Ces variatios peuvet modifier de maière importate les 38

46 Chapitre I : Cotexte de l étude valeurs urées par les protectios et doc avoir ue coséquece sur le foctioemet des protectios (o déclechemet e cas de défaut). Afi de dimiuer leur impact au momet de leur décoexio, o veut éviter les décoexios sur les départs sais, [Gel-6] et autoriser seulemet la décoexio des GED sur le départ e défaut (où o a le risque d îlotage du départ e défaut et o risque d alimeter le défaut, s il y a aucue autre protectio etre la GED et le défaut). article cité propose la valeur de 4% du courat omial comme discrimiateur etre u défaut sur le départ, où la GED est situé, (le courat est supérieur à 4% I ) et u défaut sur u autre départ par rapport à la GED (le courat est iférieur à 4% I ). isertio de GED avec iterfaçage d électroique de puissace e coduit pas à des courats assez importats par rapport au courat de court-circuit pour coduire à des modificatios des réglages et des comportemets des GED. Mais si les GED sot coectées directemet au réseau, leurs apports de court-circuit doivet être pris e compte [Jag-4]. Ue maière de dimiuer l impact de GED sur le courat de court-circuit cosiste à limiter la taille de GED et doc l apport de courat de court-circuit, [Cha-5]. Cepedat les auteurs e metioet pas si il existe des iteractios etre les protectios de différetes uités de productio (e cas de remplacemet d u gros producteur par plusieurs petits producteurs). 5. Quelques pistes pour le pla de protectio des réseaux du futur es choix et les réglages des protectios doivet être réalisés e foctio de la structure du réseau, sas pour autat aboutir à des solutios dédiées qui uiraiet à la coduite des réseaux. Das le futur, la structure des réseaux de distributio e pourra pas rester costate et sera flexible (otio de «Smart etworks»). Alors, afi d avoir coaissace à tout momet de l architecture de réseau et pouvoir agir das le réseau, il faudra utiliser des liaisos de commuicatio (lete). Comme proposé das [Wa-5], o peut utiliser des «agets» qui commuiquet toujours etre eux. es agets représetet des protectios, des GED, ou des équipemets (comme les trasformateurs de courat ou les disjocteurs). es agets doivet evoyer les caractéristiques écessaires à leur supervisio. es agets des GED evoiet alors leur statut (raccordé ou o raccordé), pedat que les agets des équipemets evoiet leur dispoibilité et leur statut (par exemple pour le disjocteur : ouvert/fermé). es agets des protectios échaget plus d iformatio ; ils commuiquet etre eux et, e plus, ils sot iformés par les agets des GED et des équipemets. Ue questio lacée e ce momet est «combie de protectios commuiquet etre elles?». Pour dimiuer les coûts des liaisos de commuicatio, o peut grouper chaque couple de protectios qui assuret le secours l ue pour l autre [Wa-5]. Cette propositio écessite 39

47 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur ue architecture de commuicatio. a complexité d u réseau, avec les plusieurs cofiguratios possibles, impose la complexité de décisio au iveau de la protectio sas pour autat coduire à des temps de réactio augmetés (pas de dégradatio des performaces actuelles). a protectio doit predre e compte tous les scéarios et doit avoir u jeu de réglages pour chaque cofiguratio. Das [Cou-], il est proposé ue solutio pour ue commuicatio etre protectios qui s appelle «Utility Itraet», créée sur la techologie de l Iteret actuel. Mais il y a u grad risque quat à la sécurité du réseau et u risque de perte de la commade sur la trasmissio. Celui-ci est produit par les limites des routeurs, qui perdet des iformatios lorsque le réseau de commuicatio est surchargé. Coury et les autres coauteurs préciset l importace de la possibilité de pouvoir classer les commades trasmises sur le réseau de télécommuicatio et la vitesse de trasfert écessaire qui peut être plus rapide que ms. Ils proposet d utiliser des agets d opératio (aget local qui ure ou calcule des gradeurs écessaires pour l iterprétatio de la coditio du réseau), aget du statut du disjocteur et aget de coordiatio (qui collecte les iformatios, commuique avec autre agets de coordiatio et décide les commades et réglages écessaires). Chaque protectio a u jeu de trois agets, de ure, d état du disjocteur et de commade. Das cet article, l utilité des agets est présetée sur u système avec trois sources et départs et ue protectio de distace sur chaque départ. a différece etre u système de protectio sas les agets de commuicatio et u système avec agets est motrée e foctio de la zoe commue à chaque protectio de distace, sur laquelle chaque protectio décleche istataémet. Cette zoe est triplée, à l aide des agets, de km à 67 km (pour le cas pris e exemple) - Figure I-9. Aisi, grâce à la commuicatio, les temps de déclechemet sot plus courts. a 4

48 Chapitre I : Cotexte de l étude b Figure I-9 a Système de protectio sas pilotage ; b Système de protectio avec agets Nous avos fait le choix de e pas utiliser de commuicatios rapides das otre étude. Ces commuicatios peuvet avoir des erreurs, des délais d evoi trop importat ou tout simplemet être défaillates. Même si la probabilité de défaillace des commuicatios rapides est pas très élevée, il faut s assurer que les protectios sot capables de foctioer sas commuicatios rapides. Afi d améliorer les performaces des protectios et d augmeter la rapidité d isolatio du lieu e défaut, des commuicatios rapides peuvet éamois être ajoutées. a décisio sera faite suite à la différece etre les performaces obteues avec et sas commuicatio rapide et e foctio du prix. 6 Coclusios Nous avos commecé ce chapitre par la descriptio du sujet et par la défiitio du système de protectio des réseaux de distributio. Nous avos, esuite, préseté les réseaux de distributio actuels, leurs moyes de mise à la terre et les types de défauts. Nous avos, alors, décrit les protectios, leurs réglages et leurs limites actuelles par rapport aux ouvelles cotraites itroduites par le déploiemet de protectios das les réseaux (décetralisatio). Ce déploiemet est associé à la voloté d améliorer la qualité de fouriture et peut apporter des solutios pour faciliter l isertio massive de GED (aalysé das le chapitre IV). Nous avos exposé les différets types de sélectivités afi de pouvoir dire quelles protectios avec quels types de sélectivité actuellemet existate pouvaiet être utilisées das les réseaux de distributio du futur. Pour ce faire, il faut décrire du poit de vue aalytique les variatios des gradeurs électriques e foctio du poit de ure par rapport à la distace du lieu du défaut, du poste source et des GED. Cette aalyse devra ous permettre de détermier les critères de discrimiatio, les réglages et les moyes de commuicatio à déployer (si écessaire). 4

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50 CHAPITRE II. ANAYSE THEORIQUE SUR ES DEFAUTS DANS ES RESEAUX ET OGIQUE DE PROTECTION CHOIX DES GRANDEURS

51 Sommaire du chapitre II Itroductio...45 Déploiemet de protectios e réseau : avatages et limites structurelles Eocé du pricipe Applicatio du pricipe sur u départ simple Restrictio sur le ombre de protectios e réseau Aalyse électrotechique par composates symétriques Hypothèses de calcul es résultats suivat les défauts Coclusio sur l aalyse électrotechique ogique de protectio das u réseau de distributio cas du défaut moophasé Réseau d étude a gradeur utilisée pour la détectio du défaut a gradeur utilisée pour la discrimiatio de zoe e défaut Choix des seuils de temporisatio pour la discrimiatio Aalyses de quelques gradeurs calculées utilisables pour la discrimiatio a logique de protectio Coclusios sur les gradeurs utilisées pour détecter et discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA...84

52 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios Itroductio Notre objectif cosiste à placer des protectios e réseau et à les coordoer. es protectios déployées e réseau doivet alors être sélectives : elle doivet doc discrimier la boe zoe du départ qui est e défaut. Par coséquet, les gradeurs utilisées das ces protectios doivet être sesibles aux variatios du lieu de défaut. Cette remarque explique l itérêt de l étude sur les sesibilités des différetes gradeurs électriques. e but de ce chapitre est de préseter des études théoriques sur les variatios des gradeurs e foctio du lieu de défaut et du lieu de ure (partie 3) et de les illustrer esuite sur u réseau réel (partie 4). Sachat que, aujourd hui, des protectios ampèremétriques, placées e tête de départ, protéget les réseaux de distributio HTA, ous avos commecé tout aturellemet par l étude du courat. Das la partie 3, ous préseteros l aalyse électrotechique des composates symétriques de la tesio et du courat car ce sot des gradeurs fodametales urables et à aalyser. Afi de préciser quelles gradeurs serot utilisables das les ouvelles protectios et quels types de sélectivité elles permettrot, il faut décrire, d u poit de vue aalytique, les variatios des gradeurs électriques lors d u défaut. Ces variatios doivet être aalysées e foctio du poit de ure (d istallatio de la protectio), par rapport à la résistace du défaut et à la distace du lieu de défaut. Cette aalyse va ous permettre de détermier le critère de discrimiatio à utiliser, les réglages à appliquer et, le cas échéat, les caractéristiques des moyes de commuicatio. a partie 4 présete, plus e détails, les variatios obteues par simulatios sur u réseau réel pour des défauts moophasés car ils sot les plus fréquets (e coformité avec les études faites par le distributeur ERDF). Nos études s itéresserot doc pricipalemet à ces cas de défaut. Das la partie 4, la logique de détectio et de discrimiatio des défauts est présetée. Esuite, ous cocluos sur les gradeurs utilisées pour détecter et discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA (partie 5). e choix de la gradeur sera effectué afi de proposer et de faire la mise e œuvre d u pla de protectio das le chapitre III. Déploiemet de protectios e réseau : avatages et limites structurelles. Eocé du pricipe ejeu du sujet de recherche est de recocevoir le système de protectio du réseau e utilisat des protectios évoluées et/ou les ouvelles techologies de commuicatio pour le redre plus souple et le mieux adapté à l isertio o margiale de productio décetralisée. e but avoué de l isertio de protectios das le réseau est, pour les distributeurs, ue réductio du ombre de coupures brèves das le réseau. e temps de 45

53 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur coupure peut être dimiué par le déploiemet de protectios e réseau. Das les figures suivates (Figure II-, Figure II- et Figure II-3), ous présetos ue solutio de réductio du temps de coupures brèves sur la base de la distributio des protectios das le réseau. es Orgaes de Maœuvre Télécommadés (OMT) ou les protectios qui remplacet ces OMT ot été déployées de maière équi-réparties sur le départ. a charge est aussi répartie uiformémet. Pour chaque cas de positio de défaut das le départ, ous avos cosidéré deux scéarios : scéario : ue protectio e tête de départ avec des orgaes de maœuvre télécommadés (OMT) déployés das le départ scéario : u esemble de protectios déployées das le départ. Applicatio du pricipe sur u départ simple Nous étudieros, das cette sectio, les éergies o distribuée et o produite [Pha-5] pour trois cas de lieu de défaut. a Figure II- motre le cas du défaut qui a eu lieu etre la protectio au poste source et le premier OMT (cas ). Pour ce lieu du défaut, la seule protectio qui va détecter le défaut est la protectio e tête du départ quels que soiet les élémets de protectios e aval (scéario ou scéario ). es éergies o distribuée et o produite pour les deux scéarios, présetées das les équatios (II-) et (II-), correspodet à celles du départ etier car la protectio au poste source décoectera tout le départ. es otatios utilisées das les figures et équatios sot les suivates : P Ch - la puissace totale des charges du départ ; P GED - la puissace totale des GED ; t m - le temps de maœuvre des protectios et OMT (qui peut être différet das les deux scéarios - avec et sas protectios distribuées) ; t rep - le temps de réparatio. Prot P GED 3 GED P GED OMT 3 GED P GED OMT 3 GED OMT secours P Ch 3 P Ch 3 P Ch 3 P GED GED P GED GED P GED GED Prot Prot Prot Prot P Ch P Ch P Ch secours Figure II- Effet du déploiemet des protectios e réseau sur l END cas du défaut das la première zoe 46

54 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios e temps de réparatio est de 3 miutes das les réseaux ruraux fraçais et de 5 miutes das les réseaux urbais fraçais, grâce aux structures de coupure d artère (c est e fait u temps de reprise d alimetatio). e temps de maœuvre est de miutes. END ENP END ENP sceario _ cas sceario _ cas sceario _ cas sceario _ cas = P = P = P Ch = P GED Ch GED t m t t m t trep 3 trep 3 m trep 3 trep 3 m (II-) (II-) e cas propose u défaut situé etre les deux premiers OMT (ou les deux premières protectios déployées). a Figure II- motre la différece d éergie o produite et o distribuée etre le scéario avec OMT et celui avec protectios déployées, das ce cas. Prot P GED 3 GED P GED OMT 3 GED P GED OMT 3 GED OMT secours P Ch 3 P Ch 3 P Ch 3 P GED P GED P GED GED GED GED Prot Prot Prot Prot P Ch P Ch P Ch secours Figure II- Effet du déploiemet des protectios e réseau sur l END cas du défaut das la deuxième zoe O observe que le temps dédie aux maœuvres dimiue das le cas avec des protectios, comme il est motré das les équatios (II-3) et (II-4). END ENP END ENP sceario _ cas sceario _ cas sceario _ cas sceario _ cas = P = P = P = P Ch Ch GED GED t m t trep 3 trep 3 m t 3 m t 3 trep 3 trep 3 m (II-3) (II-4) 47

55 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur e premier OMT détectera le défaut et après la protectio poste source commadera l ouverture du disjocteur. Esuite l OMT peut séparer la zoe e aval avec le défaut de sa zoe e amot qui peut être réalimetée par la fermeture du disjocteur du poste source. Doc la première partie du départ est recoectée pedat le temps de la réparatio, mais elle est décoectée pedat la maœuvre d isolatio du défaut. a maœuvre d ue protectio déployée e réseau est idépedate de la protectio poste source et elle est capable d isoler le défaut sas la décoectio des GED et des charges de la première partie du départ (doc les END et ENP obteues sot plus petites). e cas le plus favorable pour le déploiemet des protectios est le cas du défaut das la derière partie du départ Figure II-3, cas 3). e temps de coupure est ecore plus réduit das le scéario, avec protectios déployées, car il y a ecore plus de cosommateurs et de GED qui e serot pas décoectés lors d u défaut. Prot P GED 3 GED P GED OMT 3 GED P GED OMT 3 GED OMT secours P Ch 3 P Ch 3 P Ch 3 P GED P GED P GED GED GED GED Prot Prot Prot Prot P Ch P Ch P Ch secours Figure II-3 Effet du déploiemet des protectios e réseau sur l END cas du défaut das la troisième zoe Das l exemple avec des orgaes de maœuvre télécommadés (OMT), les éergies preet e compte la décoectio de toutes les charges, voir l équatio (II-5). Das cet exemple, l END et l ENP sot le plus dimiuées grâce aux protectios déployées, voir l équatio (II-6). END ENP END ENP sceario _ cas3 sceario _ cas3 sceario _ cas3 sceario _ cas3 = P = P = P = P Ch Ch GED GED t m t trep 3 trep 3 m t 3 m t 3 trep 3 trep 3 Nous réduisos doc le ombre de coupures brèves (iférieures à 3 miutes). m (II-5) (II-6) 48

56 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios.3 Restrictio sur le ombre de protectios e réseau e ombre de protectios déployées a été choisi après ue étude des limites actuelles (Aexe 5 et illustrées das la Figure II-4). Ce ombre va dépedre de la sélectivité reteue et alors du recours ou o à de la commuicatio etre protectios. Ue logique de protectio qui repose sur les commuicatios rapides présete u risque de o foctioemet supplémetaire. es distributeurs ot costaté que ces commuicatios rapides ot ue plus faible fiabilité pedat les courts-circuits (source : EDF). Par coséquet, cette étude propose u pla de protectio qui foctioe correctemet sas commuicatios rapides, mais qui peut garatir u foctioemet amélioré e leur présece. es sélectivités dispoibles (voir chapitre I partie 4.3.) ot des limitatios d utilisatio. es sélectivités différetielle et logique sot exclues pour le foctioemet de base sas commuicatio rapide. a sélectivité ampèremétrique correspod plus à otre besoi mais elle a l icovéiet de assurer aucu secours. E coclusio, afi d assurer le foctioemet de plusieurs protectios e série, les protectios vot utiliser des temporisatios, e utilisat ue sélectivité chroométrique. a temporisatio d ue protectio doit être e accord avec toutes les autres temporisatios des protectios déployées, des cliets, de découplage et d arrivée (chapitre I partie 4.3). Ces dépedaces apportet des limitatios présetées das la Figure II-4. es temporisatios doivet avoir u écart de miimum t=3 ms (valeur utilisée das les protectios actuellemet istallées das les réseaux HTA e Frace) [Als-], [Nfc-]. Il existe des protectios plus performates qui peuvet utiliser u écart plus petit (pour les réseaux de distributio de l ordre de ms), mais ous cosidéreros les temporisatios etre protectios qui sot actuellemet spécifiées e Frace. Das la Figure II-4, ous avos déployé ciq protectios umérotées du lieu de défaut vers le poste source, afi d illustrer le ombre maximal de protectios. Nous avos motré ciq protectios e série car e utilisat des protectios plus performates, avec la temporisatio de sélectivité de t=3 ms, o pourrait déployer ue quatrième protectio. 49

57 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur temps [s] t imite supérieure imposée au PS t t t t t Temps de déclechemet t t t t d ue seule protectio >.s (protectio cosommateur) P P P 3 P 4 P 5 protectios t t t t t=.3s Figure II-4 imitatio du ombre de protectios déployées suite aux cotraites de temporisatio O peut observer que la limite iférieure est de ms imposée par les protectios cliet [Nfc-] et que la limite supérieure est de secode imposée par la sélectivité avec la protectio d arrivée. Cette limite correspod à ue temporisatio dépassat la limite de teue usuelle des matériels aux courts-circuits ( s / ka pour les liges, câbles et iterrupteurs et 36 ka pour les disjocteurs). C est doc la protectio d arrivée du jeu de barre qui secourt les autres protectios. Das cette plage, o e peut déployer que trois protectios avec l écart de 3 ms etre elles. S il y a des cliets HTA coectés directemet au départ, l esemble des trois protectios sera doc costitué par ue protectio e tête du départ, ue autre déployée e réseau et la protectio cliet. S il y a que des cliets liés par u trasformateur (qui limite les courats de défauts e aval du secodaire BT), o peut déployer ue troisième protectio e cascade des autres. Das ce cas, la limite iférieure de ms existe plus (la sélectivité chroométrique est plus écessaire à assurer etre les protectios déployées de part et d autre d u trasformateur). Il faut metioer que les trasformateurs des postes de distributio peuvet avoir des fusibles sur leur arrivée primaire et doc la sélectivité devrait teir compte de leur temporisatio. Si o a u réeclecheur e tête de départ les protectios déployées e réseau devrot égalemet l avoir. Doc ue coordiatio sur les cycles de réeclechemet etre protectios doit être evisagée et la valeur de la temporisatio istataée s élèvera, alors, e coséquece. Il faut metioer que das le cas de la temporisatio le plus importate (< s) la protectio de découplage de la GED doit être égalemet adaptée (si c est possible). Sio la GED sera décoectée avat l isolatio du défaut. Nous étudieros le cas avec trois protectios déployées e série, car c est le plus difficile à régler. E effet, la difficulté de la costructio du pla de protectio augmete avec le ombre de protectios déployées car chaque protectio apporte ue zoe supplémetaire à protéger par les protectios e amot (voir le 4.3). es zoes de protectio sot e fait les 5

58 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios parties du réseau délimitées par les protectios déployées e aval. Comme la troisième protectio e écessite pas de temporisatio, (puisqu elle est la derière, elle a aucue autre protectio à secourir e schéma d exploitatio ormal), la discrimiatio e porte que sur les deux premières protectios. Nous souhaitos proposer ue logique qui permette de dépasser, e théorie, la limite de trois protectios e série. Cette logique repose sur la probabilité d échec d ouverture d ue protectio (la valeur p=5-3 [échecs par aée] que ous avos fixée arbitrairemet après discussio avec u de os parteaires idustriels : SEI). Si, aujourd hui, ue seule protectio e tête de départ protège avec ce risque, das le futur, o peut evisager ue meilleure probabilité de succès de foctioemet du pla de protectio (par le déploiemet de protectios e réseau). a probabilité d échec d ouverture das ue chaîe de protectios e série dimiue avec leur ombre. Aisi, trois protectios e série, qui se secouret, assuret statistiquemet ue probabilité d échec d ouverture de p 3 pour u défaut e fi de départ. Si cette probabilité peut être cosidérée comme acceptable et suffisate pour assurer u foctioemet sûr du pla de protectio, alors il est plus écessaire d augmeter le ombre de protectios das le départ. Pour mettre e œuvre le déploiemet de protectios e réseau, il faut tout d abord choisir quelle est la logique de foctioemet de la protectio la plus appropriée. C est pourquoi ous présetos das la partie suivate l aalyse électrotechique des gradeurs électriques afi de mieux compredre leur évolutio face aux défauts. Ceci va permettre de sélectioer quelles gradeurs serot utilisables par des protectios déployées e réseau qui costituerot le pla de protectio. 3 Aalyse électrotechique par composates symétriques e but de l aalyse est de compredre les variatios des gradeurs électriques urées par les protectios. Ue évolutio sigificative de ces gradeurs peut être le moye de discrimiatio du lieu du défaut, ue fois qu il a été détecté (par u frachissemet d u seuil sur ue gradeur capable de distiguer le foctioemet ormal du foctioemet e court-circuit lors d u défaut quelcoque). Ceci sigifie que pour ue protectio située à ue distace doée du poste source, la gradeur caractéristique choisie pour la discrimiatio (et o plus la détectio) doit avoir ue valeur assez différete par rapport à celle obteue pour u défaut proche de la protectio et celle obteue pour u défaut e fi de lige. Cette différece peut être utilisée pour discrimier les zoes où le défaut a eu lieu. Ceci permet de détermier si la protectio doit déclecher istataémet ou si il faut attedre qu ue autre protectio décleche. Tout d abord, ous allos préciser quelques hypothèses de calcul reteues et, esuite, les résultats serot exposés suivat le type de défaut cosidéré. 5

59 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 3. Hypothèses de calcul E partat du cas gééral (u départ test avec u trasformateur ue lige et ue charge), des simplificatios de calculs sot effectuées e utilisat les hypothèses suivates : l impédace du trasformateur HTB/HTA est égligée ; et le défaut est cosidéré comme u défaut frac. Ces simplificatios sot faites seulemet pour obteir des équatios plus lisibles et utilisables facilemet pour expliquer les tedaces. Das les applicatios umériques, les valeurs fouries sot celles obteues das le cas gééral (sas simplificatios). Iévitablemet, ce cas simplifié est pas valable pour toutes les cofiguratios de réseau i pour tous les types de défaut. Par exemple, l impédace du trasformateur e peut pas être égligée pour u défaut situé à la sortie du trasformateur, mais plutôt pour u défaut situé e fi d ue lige très impédate par rapport au trasformateur et e peut surtout pas être égligée pour le poit de ure e tête du départ. Ces simplificatios e remettet pas e cause les coclusios que ous pourros formuler sur la base de l aalyse des tedaces obteues. es valeurs iitiales pourrot être différetes mais pas les tedaces d évolutio de gradeurs. es évolutios de la tesio et du courat e foctio des deux variables suivates sot aalysées (comme il est motré pour la tesio das la Figure II-5): la distace etre le lieu de défaut et le poste source ; la distace etre le poit de ure et le poste source. P = = vue par P,, Prot P = vue par P,, P Prot P vue par P, =, P Figure II-5 es positios des défauts et des protectios Afi de simplifier les équatios, ous égligeos les charges das os études. Nous présetos maiteat les résultats de l aalyse électrotechique suivat les types de défaut. Nous cocetros os aalyses sur le cas de défaut moophasé car celui-ci est le plus fréquet. 5

60 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios 3. es résultats suivat les défauts Nous avos evisagé de cosidérer les évolutios des gradeurs comme la tesio, la puissace, ou l impédace (autres que le courat actuellemet utilisé, aisi que toute combiaiso de ces deux derières). es calculs sot coduits à partir des formules avec les composates symétriques das le cas gééral. es résultats sot présetés e foctio du type de défaut. Nous aalysos les évolutios des différetes composates de la tesio, courat et impédace. Das cette aalyse, ous préseteros et étudieros les modules de tesio et de courat. e but sera de trouver la gradeur qui permettra la discrimiatio la plus précise du lieu de défaut. es variatios les plus importates à suivre sot les variatios e foctio du lieu de défaut (pour u poit de ure fixé) car, pour ue protectio distribuée, ces variatios permettet d effectuer la différece etre les zoes de défaut. es variatios e foctio du poit de ure sot itéressates afi de régler toutes les protectios avec des seuils commus (u réglage de protectios uiversel - qui e dépede pas de la positio de la protectio). Das ce cas, les valeurs urées (ou calculées à partir des ures), pour u lieu de défaut doé, serot différetes pour chaque protectio. Alors, si la gradeur est pas sesible à la variatio du poit de ure, elle e permet pas d utiliser des seuils commus pour toutes les protectios déployées. Il faut metioer dès maiteat que pour le cas étudié d ue seule source qui alimete le court-circuit lors d u défaut, la tesio e aval du défaut reste quasimet costate et égale à la tesio au poit de défaut. Das le cas d u défaut frac, cette tesio est ulle. e courat uré e aval du défaut est aussi costat mais beaucoup plus petit et correspod aux charges e aval du lieu du défaut (qui fot u circuit e parallèle de celui du défaut). a valeur de ce courat déped de la puissace de court-circuit du système, de la résistace du défaut et du ombre de phases e défaut. Das le cas d u défaut frac, ce courat est ul. Par abus de lagage, ous appelleros courat direct uré la composate directe du courat uré. Il e sera de même pour les autres composates et les autres variables électriques. Nous avos oté : V - la tesio directe géérée par la source ; x {,,} - les idices correspodat aux types direct, iverse et homopolaire ; x V - la tesio urée (directe, iverse ou homopolaire) ; x I - le courat (direct, iverse ou homopolaire) ; x t - l impédace (directe, iverse ou homopolaire) du trasformateur (cas gééral) ; x - l impédace (directe, iverse ou homopolaire) de la lige ; 53

61 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur R - la résistace du défaut Esuite ous présetos l aalyse électrotechique pour des défauts moophasés et das l Aexe 6 pour des défauts polyphasés. Défaut moophasé Das ce cas, les trois schémas sot e série [Pe-6]. Ceci doe alors le même courat qui passe par tous les schémas et doc les courats direct, iverse et homopolaire sot idetiques. A cause de cette symétrie et de l égalité des impédaces directe et iverse de la lige, etre deux poits de la lige, la chute de la tesio directe a la même valeur que celle de la tesio iverse. Par coséquet, pour u poit de ure fixé, la différece de la tesio directe etre deux poits de défaut est égale à la différece de la tesio iverse etre ces deux poits. amplitude de ces différeces représete la capacité de discrimiatio de la tesio, alors les deux composates de la tesio sot égalemet discrimiates. I t ( ) I ( ) V V V V I t ( ) I ( ) V 3 R V t ( ) I ( ) I 3 3 C V C V a b Figure II-6 e schéma (direct, iverse et homopolaire) das le cas du défaut moophasé : a - cas gééral ; b - cas simplifié avec t et R égligées Nous avos utilisé la même otatio que das le cas précédet, voir l équatio A-8). es formules, (II-7), (II-8), (II-9) sot du même iveau de complexité pour le cas d u défaut biphasé avec terre : 54

62 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios 55 ( ) = t t t t t C j C j R V V ω ω (II-7) ( ) = t t t t t C j C j R V V ω ω (II-8) ( ) ( ) = t t t t t t C j C j R C j C j V V ω ω ω ω (II-9) Si et,, t t t R sot égligées (cas décrit au 3.) o a les formules de tesio suivates (II-), (II-) et (II-) : ( ) = C V V (II-) ( ) = C V V (II-) ( ) = C C V V (II-)

63 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé V = ( ) V C Pour u lieu de défaut doé, la tesio directe urée dimiue liéairemet de V à p V, où p est décrite das la formule (II-3),quad o s approche du poit de défaut et après elle reste costate, Figure II-7,a. ( ) C ( ) C p = (II-3) Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé V = V ( ) ( ) ) C Pour u lieu de ure doé, la tesio directe urée augmete de p V vers ue tesio iférieure à V à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ, Figure II-7,b. V p V V R bleu rouge < > R = > lige R V p V V R bleu rouge lige < R = R > a b Figure II-7 Défaut moophasé - a variatio de la tesio directe urée e foctio de a distace de la poit de ure ; b distace du lieu de défaut Si C << p V, voir l équatio (II-3). Sachat que les impédaces directe et iverse de la lige sot égales, la plage de variatio de la tesio directe dimiue avec les coditios suivates : ue grade impédace de mise à la terre ( ) ue importate capacité du départ (C ) des liges caractérisées par de grades impédaces homopolaires ( ) le lieu du défaut est proche de la tête du départ ( ) 56

64 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé V = ( ) V C Pour u lieu de défaut doé, la tesio iverse urée est égative et dimiue liéairemet à partir de jusqu au lieu du défaut. Après le lieu du défaut, elle reste égale à -q V, Figure II-8,a, où q est décrite das la formule (II-4). q l i = l (II-4) d i ( l l l ) l C Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé V = V ( ) ( ) ) C Pour u lieu de ure doé, la tesio iverse urée augmete et ted vers ue tesio iférieure à à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ, Figure II-8,b. Si >> ( ) q V, voir l équatio (II-4). Cette C situatio sera possible das le cas d impédaces de mise à la terre importate ( ), d u départ très capacitif (C ), de liges faiblemet impédates ( ) et d u défaut proche du poste source ( ). x q V V R bleu rouge < > R = > lige R q V V R bleu rouge lige < R = R > a b Figure II-8 Défaut moophasé - a variatio de la tesio iverse urée e foctio de a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité de la tesio homopolaire e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé V = ( ) V C Pour u lieu de défaut doé, la tesio homopolaire dimiue liéairemet à partir de -r V jusqu au lieu du défaut; après celui-ci, elle reste costate (-s V ), Figure II-9,a, où r et s sot décrits das la formule (II-5). 57

65 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur r = s = ( ) C C ( ) l C C (II-5) Ces coefficiets dépedet de la mise à la terre. Evidemmet, la différece etre ces deux coefficiets représete la plage de variatio. a taille de cette plage déped alors de leur évolutio. U grad facteur d évolutio est la distace jusqu au défaut (la plage augmete avec l éloigemet du lieu du défaut vers la fi du départ). Si r C >> ( ) V, voir l équatio (II-5). a plage dimiuera s pour les mê coditios que das le cas de la plage de variatio de la tesio iverse : das le cas d impédace de mise à la terre importate ( ), départ très capacitif (C ), liges faiblemet impédates ( ) et défaut proche de poste source ( ). x Étude de la sesibilité de la tesio homopolaire e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé V V = ( ) ( C ) ( ) ) C Pour u lieu de ure doé, la tesio homopolaire augmete liéairemet depuis ue tesio supérieure à V et ted vers -r V à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ, Figure II-9,b. r V V R bleu rouge < > R = > R r V V R bleu rouge < R = R > s V lige s V lige a b Figure II-9 Défaut moophasé - a variatio de la tesio homopolaire urée e foctio de a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité des tesios directe, iverse et homopolaire e foctio de la résistace de défaut, pour u défaut moophasé Comme pour tous les autres cas de défaut, l augmetatio de la résistace de défaut dimiue la plage de variatio de la tesio utilisée pour faire la discrimiatio. E coclusio, toutes les composates de la tesio voiet leur plage de variatio dimiuer avec l augmetatio de l impédace de mise à la terre, mais la composate homopolaire 58

66 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios peut apporter e plus la capacité de détectio (pour la même raiso qu elle existe seulemet lors d ue liaiso à la terre par u défaut). Si o regarde seulemet la discrimiatio, la décisio doit être faite après la décisio des impédaces de mise à la terre evisagées car ces composates variet différemmet avec ces impédaces. Nous décideros alors d après les résultats sur u départ d étude. Par la suite, ous présetos les variatios du courat lors d u défaut moophasé. Étude de la sesibilité des courats direct, iverse et homopolaire e foctio de la résistace de défaut, pour u défaut moophasé Comme attedu, la sesibilité des gradeurs étudiées à la résistace du défaut, R, dimiue toujours lors de l augmetatio de cette résistace du défaut. Comme ous avos déjà vu pour la tesio das le cas du défaut moophasé et pour le courat das le cas du défaut biphasé avec la terre, le courat lors d u défaut moophasé dépedra aussi de la capacité de la lige et de l impédace de mise à la terre. Cette dépedace compliquera les calculs, redat l iterprétatio des équatios plus difficile, (II-6),(II-7) et (II-8) car le schéma, comme il est motré das la Figure II-6, est plus complexe que les schémas des défauts etre les phases sas la terre. C est pourquoi la dépedace causera des difficultés de discrimiatio supplémetaires pour les réseaux de distributio. Cet effet pourra être reforcé par l hétérogééité etre liges et câbles. e courat direct uré lors d u défaut moophasé sera décrit par la formule : I = t 3 R ( 3 ) 3 t t V 3 j ω C (II-6) t 3 j ω C Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé I = Aucue différece pour la pete de variatio e foctio du lieu de ure. Elle est ulle aussi pour le courat direct lors d u défaut moophasé (Figure II-,a). Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé e courat direct dimiue et ted vers I si le lieu de défaut se déplace vers la fi du départ du départ pour u lieu de ure doé. O observe que la pete e varie pas de maière aussi importate que das les autres cas de type de défaut, comme il est préseté das la Figure II-,b. 59

67 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur I I R bleu rouge < > R = R > lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure II- Défaut moophasé - a variatio du courat direct uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut e courat iverse, préseté das l équatio (II-7) est égal au courat direct, préseté das l équatio (II-6). Doc, du poit de vue de la discrimiatio, cette composate iverse apporte aucu avatage supplémetaire par rapport au courat direct : I = t 3 R ( 3 ) 3 t t V 3 j ω C (II-7) t 3 j ω C Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé I = Il y a pas de variatios le log de la lige pour u lieu de défaut doé e aval de la ure (Figure II-,a). Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé Comme attedu, le courat iverse a ue variatio idetique au courat direct, ayat la même formule. Doc pour u lieu de ure doé, le courat uré dimiue et ted vers I si le lieu du défaut ted vers la fi du départ, (Figure II-,b). a plage de variatio du courat iverse et du courat direct est pas très grade. Alors les courats direct et iverse e sot pas trop sesibles aux variatios du lieu du défaut et doc la discrimiatio de la zoe e défaut e utilisat ces courats est plus difficile que das les autres cas présetés précédemmet. 6

68 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios I I bleu rouge < > = > lige I I bleu rouge < = > lige a b Figure II- Défaut moophasé - a variatio du courat iverse e foctio de la résistace de défaut et de la : a - distace du poit de ure ; b - distace du lieu de défaut Et fialemet le courat homopolaire sera décrit par l équatio : I = t 3 R ( 3 ) 3 t t V 3 j ω C 3 j ω C t (II-8) Étude de la sesibilité du courat homopolaire e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé I = e courat homopolaire e varie pas e foctio du poit du ure pour u lieu de défaut fixé (Figure A-33,a, présetée das l Aexe 6). Étude de la sesibilité du courat homopolaire e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé a composate homopolaire du courat de défaut lors d u défaut moophasé est aussi peu sesible aux variatios du lieu du défaut. Elle dimiue et ted vers I à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ. a pete de cette variatio reste quasimet costate le log de la variatio. I I bleu rouge < > = > lige I I bleu rouge < = > lige a b Figure II- Défaut moophasé - a variatio du courat homopolaire e foctio de la résistace de défaut et de la : a - distace du poit de ure ; b - distace du lieu de défaut 6

69 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Étude de la sesibilité des courats direct, iverse et homopolaire e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut moophasé ifluece de la résistace du défaut sur les composates symétriques est la plus mauvaise par rapport aux précisios de discrimiatio das le cas de défauts moophasés. a raiso est pas la complexité du schéma, mais le fait que les défauts moophasés peuvet avoir des résistaces de défaut élevées. Doc, même si la sesibilité des gradeurs par rapport au lieu du défaut est quasimet la même pour les différets types de défaut, la probabilité élevée d apparitio d u défaut moophasé résistif augmete la plage de résistace de défaut pour laquelle il faut régler les protectios afi d assurer u pourcetage de réussite acceptable. A cause de la faible sesibilité des composates du courat à la variatio du lieu de défaut, ous préféros utiliser la tesio (le choix de la composate symétrique utilisée sera fait e foctio de l impédace de mise à la terre ; pour l istat, la composate homopolaire semble le meilleur choix). Nous cosidéros maiteat l impédace comme élémet de discrimiatio. impédace (rapport V/I) Cette impédace correspod à la forme simple du rapport etre la tesio urée et le courat uré. Même si cette formule e calcule pas la vraie impédace de la lige etre le lieu du défaut et le poit de ure, elle peut apporter des iformatios de variatios d ue impédace calculée e foctio du lieu de défaut et du lieu de ure. A cause de la sesibilité des gradeurs de phase urées (tesio et courat) à la résistace du défaut, ous avos aussi cherché les évolutios d ue autre gradeur qui serait calculée sur la base de gradeurs urées. Ue gradeur calculée pourrait coduire à ue meilleure discrimiatio si l o arrive das sa formule à élimier cette dépedace à l impédace du défaut. Evidemmet, les gradeurs physiques calculées qui utiliset le courat et la tesio serot la puissace et l impédace. Nous motreros das cette partie aalytique les variatios de l impédace car celle-ci est déjà utilisée das les protectios de distace das les réseaux de trasport. es impédaces pour les composates directe, équatio (II-9), iverse, équatio (II-) et homopolaire, équatio (II-), sot présetées ci-dessous : calc V ( ) R C t = = I 3 (II-9) calc = t l (II-) calc = C l (II-) 6

70 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios E regardat ces formules et avat de faire les simplificatios, o observe que l impédace directe calculée comporte das sa formule la résistace de défaut mais les impédaces iverse et homopolaire e la comportet pas. Ces deux derières impédaces e correspodet pas aux impédaces jusqu au défaut mais aux impédaces etre le poste source et le poit de ure. Ces deux impédaces e variet pas e foctio du lieu du défaut et doc elles e sot pas utilisables pour la discrimiatio. Il semble alors plus logique d utiliser l impédace directe comme gradeur discrimiate, les deux autres serot iutilisables toutes seules. Nous préseteros les sesibilités aux variatios du lieu du défaut et du poit de ure pour la composate directe de l impédace calculée. es limites de variatio de l impédace calculée directe sot décrites das le cas d u défaut frac. Pour les défauts résistifs, la valeur de la résistace de défaut est ajoutée aux valeurs des limites de variatio : la limite iférieure obteue pour = = et alors l impédace est de = calc C t la limite supérieure est toujours pour le poit de ure e tête du départ, doc =, mais pour le défaut e fi de lige, afi d avoir l apport de l impédace liéique etre poit de ure et lieu du défaut le plus importat, = lige. Cette limite supérieure de l impédace directe est = calc C t ( ) lige Étude de la sesibilité de l impédace directe calculée e foctio du lieu de ure, pour u défaut moophasé calc = impédace directe calculée dimiue à ure que le poit de ure s approche du lieu de défaut fixé. a pete de cette variatio est costate et égative, voir la Figure II-3, a. Étude de la sesibilité de l impédace directe calculée e foctio du lieu de défaut, pour u défaut moophasé calc = l l l O observe que la variatio possède ue pete positive, costate et qui a ue valeur importate proportioelle à l impédace de phase (la somme des composates symétriques de l impédace). impédace augmete doc de maière importate à ure que le lieu de défaut s éloige du poit de ure vers la fi de la lige, voir la Figure II-3, b. 63

71 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur calc calc R bleu rouge < > R = > R lige R bleu rouge lige < R = R > a b Figure II-3 Défaut moophasé - a variatio de l impédace directe calculée e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité de l impédace directe calculée e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut moophasé O observe ue forte dépedace à la résistace du défaut. Ceci complique la discrimiatio. E théorie, o costate que l impédace directe comporte la résistace de défaut das sa formule, mais elle iterviet das ue opératio arithmétique du premier ordre. E admettat que la résistace de défaut est puremet résistive (ou que sa partie résistive est bie plus grade que sa partie réactive), o peut coclure que la partie imagiaire de l impédace directe est pas ifluecée par les variatios de la résistace de défaut (Figure II-4 afi de simplifier la figure, le lieu de ure a été choisi au poste source, =). Im ( ) calc calc Im ( ) t ( ) Im C ( ) Re C Re ( ) Re ( ) ) t 3 R Re ( ) calc Figure II-4 es élémets de la formule de l impédace calculée pour la protectio poste source Mais les protectios de distace calculet plutôt ue impédace de phase das le cas d u défaut moophasé, comme il est motré das l équatio (II-). Nous étudios l impédace de la phase e défaut (supposée la phase A seulemet pour la otatio des paramètres et gradeurs). utilisatio d ue gradeur de phase simplifiera aussi la mise e œuvre de 64

72 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios l algorithme car o peut éviter les décompositios e composates symétriques (même si l explicatio des phéomèes repose sur ces composates symétriques lors d u défaut). a formule utilisée est la suivate : V I A = où A A V A = V V V et I A = I I I (II-) U des avatages de la formule (II-) est que l o utilise des gradeurs de phases et doc il est plus écessaire de calculer les composates symétriques. Mais afi d aalyser les variatios, ous avos exprimé cette formule e composates symétriques. E remplaçat les composates symétriques par les équatios (II-), (II-), (II-), (II-6), (II-7), (II-8), la formule deviet l équatio (II-3). A ( ) ( ) 3 R = (II-3) 3 impédace de phase déped de la somme des composates symétriques de l impédace et de la résistace de défaut. Par coséquet, ses variatios ressemblet à celles de l impédace directe calculée (sauf que la sesibilité de l impédace de phase est plus importate e foctio du lieu de ure que celle de l impédace directe calculée). impédace calculée varie cosidérablemet e foctio du lieu de défaut. Mais, das cette sectio, ous e pourros pas comparer les plages de variatio de l impédace et de la tesio, sas ue aalyse des pourcetages de variatio par rapport aux valeurs urées ou calculées e foctioemet ormal. es résultats sur u départ d étude réel motrerot la gradeur la plus discrimiate etre ces deux gradeurs ( 4.3.). E coclusio, etre toutes les gradeurs possibles, l impédace se révèle la plus prometteuse car, ous pourros éviter l apport de la résistace du défaut aux erreurs de discrimiatio. Ce poit positif peut être cosidéré comme u grad avatage par rapport à la sesibilité au lieu de défaut ou la capacité de détecter le défaut. 3.3 Coclusio sur l aalyse électrotechique aalyse électrotechique a motré que le choix de la gradeur «optimale» (parmi celles étudiées) afi de mieux discrimier la zoe e défaut, repose surtout sur la sesibilité face aux variatios du lieu du défaut et de la résistace de défaut. Nous avos aalysé les gradeurs urables, la tesio et le courat pour tous les types de défaut. Nous ous som cocetrés sur le défaut moophasé car il est le plus fréquet et le plus difficile à traiter du poit de vue des protectios. es résultats obteus suite à l aalyse électrotechique pour le défaut moophasé sot présetés das le Tableau II-. 65

73 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Tableau II- es performaces des gradeurs pour u défaut moophasé V V V I I I A Sesibilité à Sesibilité à Détectio - - du défaut Sythèse Même si après les coclusios tirées du tableau précédet, o favorise la tesio homopolaire pour ses capacités de discrimiatio et aussi de détectio, l impédace a u avatage supplémetaire. Elle peut avoir ue faible variatio à la résistace du défaut (comme ous l avos expliqué das l aalyse et comme il sera souligé das le chapitre III). De plus, o cherche plutôt ue gradeur discrimiate qu ue gradeur qui peut détecter les défauts. Nous proposeros doc que la gradeur à reteir pour la mise e place d u pla de protectio soit l impédace de phase, das ue versio qui s approche de celle utilisée das les protectios de distace. Il coviet maiteat d expliquer commet mettre e place le pla de protectio e décrivat la gradeur utilisée pour la détectio du défaut et commet détermier les différetes zoes associées aux protectios de distace déployées das le départ. Il faudra aussi détermier quelle est la perturbatio itroduite par la résistace de défaut sur les capacités de discrimiatio de la méthode reteue. 4 ogique de protectio das u réseau de distributio cas du défaut moophasé Das u premier temps, o propose d avoir recours à trois protectios actives e série : la première, e tête de départ et les deux autres e réseau. a logique repose sur deux étapes successives : détectio et discrimiatio. e but d avoir deux étapes est d améliorer les performaces. A cause de la difficulté de la discrimiatio de la zoe e défaut, la gradeur utilisée doit être optimale pour cette étape. C est pourquoi, ous avos choisi d exploiter deux gradeurs optimales pour chaque étape : détectio et discrimiatio. Das u secod temps, ous expliqueros, plus e détails, la logique et la ouvelle limite théorique du ombre de protectios déployées das la partie 4.4. Pour illustrer les résultats obteus, ous allos cosidérer u réseau sur lequel ous allos coduire ces études. Das le chapitre IV, ous cosidéreros la portabilité de la méthode reteue sur u autre départ. 66

74 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios 4. Réseau d étude e réseau d étude est u départ rural d u réseau de distributio HTA réel. e départ préseté das la Figure II-5, est coecté à u poste source avec u trasformateur DY de 36 MVA. a mise à la terre est malt =j. Au début du départ, il y a u uique câble souterrai et le reste du départ e cotiet que des liges aériees. Plus de détails sur le départ peuvet être trouvés das Tableau II- et les aexes. es détails sur les caractéristiques des coducteurs sot présetés das l Aexe 7 et les détails sur les charges sot présetés das l Aexe 8. a figure présete aussi les positios choisies pour istaller des protectios (carrés verts) aisi que les positios choisies pour effectuer des défauts (rods bleus) das le cadre des simulatios effectuées das cette étude. P 3 Mesure Fi du réseau (Fr) P Poste source (Ps) Source EDF Source HTB EDF HTB Ps Mr 3 Fr 3 souterrai 4mm² 5 F/km aérie 48/54mm² 5F/km P Mesure Moitié réseau (Mr) Figure II-5 Schéma du départ étudié avec les lieux de défaut et protectios déployées Tableau II- Caractéristiques du départ C Capacitif du départ (3 Io e A) (sous kv).39 Nb cliets BT 449 Nb. cliets HTA 7 Puissace apparete totale du départ (kva) 43 Chute de tesio max (%).65 Icc biphasé mi. (A) 777 Proportio de câble souterrai (% de la logueur totale) 4.78 ogueur du chemi le plus log (km) 8.8 ogueur totale du départ (km) 7.6 Nb. d orgaes de coupure télécommadés (dot Nb. DRR) () Mise à la terre du eutre au poste source j Pcc réseau amot (MVA) 5 e départ est simulé seul et il y a pas de capacitif des autres départs qui s ajoutet au capacitif du départ étudié. Das la Figure II-5, ous proposos de regarder les trois protectios telles que présetées : PS - poste source, MR - moitié réseau et FR - fi réseau. es lieux de défaut ot été ommés e foctio de la positio e réseau :, et 3 après 67

75 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur la première protectio, PS, d où le premier chiffre, ;, et 3 après la deuxième protectio, MR et les deriers 3, 3, 33 et 34 après la troisième protectio, FR. es lieux sot situés juste e aval de la protectio correspodate (PS, MR et FR). e ombre de protectios et le ombre de lieux de défaut ot été choisis sur le plus log et le plus impédat chemi. es lieux de défaut ot été équirépartis e impédace pour obteir des valeurs dot la cohérece est facile à vérifier. impédace directe de lige,, etre chaque lieu défaut est toujours costate et égale e module à.7. es protectios sot alors aussi équi-réparties e impédace. 4. a gradeur utilisée pour la détectio du défaut a détectio est réalisée par la ure de courat homopolaire, doc par le critère ampèremétrique avec la directioalité (Aexe 3). O se place das l hypothèse d u réseau de distributio avec plusieurs GED (Géératio Electrique Distribuée). eur apport e courat de court-circuit e doit pas perturber la détectio de défaut à cause du ses du courat, d où la écessité de la directioalité. Malheureusemet, le courat est pas le meilleur choix de détectio das u réseau avec le eutre compesé. Das ce cas, o peut evisager d utiliser ue protectio de type PWH (Protectio Wattmétrique Homopolaire, chapitre I, partie 4..4). Ses avatages par rapport à la protectio ampèremétrique sot les suivats : so aspect directioel (icorporé itrisèquemet) ; ses performaces élevées pour tous les types de mise à la terre du eutre ; sa sesibilité supérieure pour les défauts résistifs. Sachat que la PWH est ue protectio qui ure le courat et la tesio, so coût est élevé car elle a besoi de trasformateurs de ure pour ces deux gradeurs urées. Ceci peut doc coduire à ue plus faible précisio des ures à cause de l imprécisio de ces deux trasformateurs. Si la gradeur que l o choisit pour la discrimiatio est la tesio ou repose sur la tesio, le coût plus élevé de otre système de protectio sera alors justifié pour la détectio. Nous proposos doc de commecer par ue détectio faite sur le critère PWH pour le eutre compesé et sur u critère ampèremétrique (le courat homopolaire) pour les autres mises à la terre. e poit clef de la logique de protectio sera la discrimiatio, présetée esuite. 4.3 a gradeur utilisée pour la discrimiatio de zoe e défaut Nous allos cosidérer les gradeurs les plus «prometteuses» reteues suite à l aalyse électrotechique. a gradeur que ous retiedros devra coduire au pla de protectio le 68

76 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios plus robuste à la variatio de la résistace de défaut et être le plus sesible à la positio du défaut. C est pourquoi ous commeços par préseter la démarche reteue pour établir les seuils permettat de discrimier le défaut das ue des zoes protégées. Nous aalyseros alors ces différetes gradeurs afi d obteir le pla de protectio (seuil et temporisatio) le plus performat possible Choix des seuils de temporisatio pour la discrimiatio a discrimiatio de la zoe e défaut doit être faite par ue gradeur qui est suffisammet ifluecée par la distace etre le poit de ure et le lieu du défaut et qui varie le mois e foctio de la résistace de défaut. ifluece de la distace de défaut est importate pour pouvoir discrimier les zoes e défaut et illustre aisi la capacité de discrimiatio. Premièremet, ous présetos les iflueces de ces deux paramètres. Nous expliquos le foctioemet de la logique de discrimiatio par seuils et esuite, das les sous paragraphes suivats, ous motros les résultats obteus pour les différetes gradeurs. A la fi de cette partie, ous cocluos sur le choix de la gradeur utilisée pour la discrimiatio. D après l étude électrotechique, ous savos que l impédace de phase est ue boe cadidate. Nous allos vérifier os premières coclusios aisi qu illustrer commet mettre e place u pla de protectio avec trois protectios e série das le départ. a Figure II-7 présete la variatio de la partie imagiaire du rapport etre la tesio et le courat de la phase e défaut, Im(V a /I a ), doée à titre d exemple pour préseter la problématique liée à la sélectivité. Nous allos préseter quelles sot les propriétés que doit respecter la gradeur utilisée pour la discrimiatio afi d avoir le meilleur comportemet du pla de protectio. Das la Figure II-6, ous rappelos la divisio du départ e foctio de ces lieux de défaut equi-répartis e impédace directe de la lige. impédace sectio. est l impédace directe de s P (PS) P (MR) P 3 (FR) d d d3 d d d3 d3 d3 d33 d34 s s s s s s s s s Figure II-6 Sectioemet du départ afi d équi-répartir les lieux de défaut es trois courbes sot les valeurs calculées par les trois protectios (PS, MR et FR). 69

77 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure II-7 a variatio de l impédace de phase e foctio du lieu du défaut Nous rappelos que la troisième protectio e écessite pas de temporisatio et doc la discrimiatio e porte que sur les deux premières protectios. Evidemmet, das le cas d ue recofiguratio, où la protectio FR viedra secourir ue autre protectio e série, elle devra être réglée e coformité, aisi que les protectios présetes sur l autre départ secouru. es zoes qui sot défiies esuite peuvet causer des doubles déclechemets à cause des erreurs, otammet de ure. Par exemple u défaut qui a eu lieu e aval de la protectio P (défaut d), peut être discrimié das la première zoe par la P qui déclechera e même temps (istataémet) avec la protectio e aval (les charges jusqu à la protectio P serot décoectées par erreur. Nous commeços par des zoes délimitées par les défiitios suivates afi de justifier la écessité de les améliorer. Comme il est motré à la Figure II-8, la première protectio possède deux seuils de discrimiatio : seuil P, qui correspod à la valeur calculée pour u défaut à l edroit, après la protectio MR ; il s agit d u seuil de discrimiatio pour des défauts apparaissat etre les protectios P et P seuil P, qui correspod à la valeur calculée pour u défaut à l edroit 3, après la protectio FR ; il s agit d u seuil de discrimiatio pour les défauts e aval de la protectio P afi de secourir la protectio P voire la protectio P3 (au cas où P3 e serait pas efficacemet secourue par P) a deuxième protectio possède u seul seuil de discrimiatio, seuil P, qui correspod à la valeur calculée pour u défaut à l edroit 3, après la protectio FR, seule protectio que MR secourt. es valeurs des seuils correspodet aux valeurs associées aux limites des zoes protégées par les protectios. 7

78 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios 4.34 seuil P seuil P seuil P f( ) Figure II-8 e choix de seuils, et la sesibilité au lieu de défaut a variatio e foctio de est présetée das la Figure II-8. O peut facilemet observer ue grade sesibilité de la gradeur avec la positio du défaut et cela apporte de la précisio pour la discrimiatio des zoes e défaut. Par exemple pour PS, la première zoe est délimitée par les valeurs et seuil P. Cette zoe correspod aux défauts etre PS et MR (la première protectio secourue par PS) et le déclechemet alors est istataé (t ). a deuxième zoe est délimitée par les valeurs seuil P et seuil P et correspod aux défauts etre MR et FR (la deuxième protectio secourue par PS). a temporisatio est alors de t t. Fialemet, la troisième zoe défiie pour toutes les valeurs supérieures au seuil P, est protégée par PS avec ue temporisatio de t t et correspod à tous les défauts plus éloigés que FR (Figure II-9). t t t t t P -paliers P -paliers Poits critiques t A V Im( )[ Ω ] A 3.8 I Figure II-9 es temporisatios e foctio des seuils e cas de déclechemet ormal pour u défaut frac (pour lequel les réglages sot faits) est préseté das la Figure II-. Nous avos représeté les zoes associées aux différetes temporisatios pour la protectio e tête de départ. e tableau présete les temporisatios associées aux deux protectios e foctio de la positio du défaut. 7

79 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur ieu du défaut frac PS t t t t t t t t t t t t t t t t t MR t t t t t t t t t t t Figure II- Temporisatios pour u déclechemet ormal défaut frac a Figure II- motre la sesibilité de la gradeur à la variatio de la résistace du défaut. Nous doos l exemple d u défaut à la positio 3 avec R =, pour lequel la valeur urée au Ps est 3.8. Cette valeur est etre seuil P et seuil P, alors la logique décidera que le défaut se trouve das la deuxième zoe au lieu de la troisième zoe et la protectio déclechera plus précocemet qu attedu f( ) 3.8 Figure II- effet de la sesibilité à la résistace de défaut e fait que la gradeur reteue varie beaucoup avec la distace du défaut permet d augmeter la précisio de localisatio et doc la sélectivité etre zoe. Il dimiue aussi l erreur sur l impédace calculée lors d u défaut résistif. Il y a bie évidemmet des variatios des gradeurs urées lors de l augmetatio de la résistace de défaut (par rapport à la résistace de défaut pour laquelle le seuil de réglage de la protectio a été calculé). Ces variatios peuvet être assez importates pour des défauts très résistifs. Elles peuvet coduire alors à des valeurs urées, pour u défaut résistif au début de la zoe, qui dépasset le seuil (qui a été réglé pour u défaut frac à la fi de la zoe protégée). Das cet exemple, le défaut sera «vu» comme e dehors de la zoe protégée quelle que 7

80 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios soit sa positio. Normalemet, ue augmetatio de la résistace de défaut augmete la distace «vue» jusqu au défaut e utilisat la plupart des gradeurs urées ou calculées. C est pour cela que la gradeur choisie pour la discrimiatio doit avoir ue grade sesibilité vis à vis du lieu du défaut et ue faible sesibilité vis-à-vis de la résistace du défaut. Mais ce qui est le plus importat est le rapport de ces deux sesibilités. Plus le rapport etre la sesibilité au lieu de défaut et celle à la résistace de défaut est importat, plus les erreurs de discrimiatio dimiuerot. augmetatio de la résistace de défaut peut avoir deux effets sur la gradeur urée : faire varier la valeur das le même ses que l éloigemet du lieu de défaut ou das le ses cotraire. e premier effet est préseté à la Figure II-. a variatio, das le même ses, coduit à iterpréter les valeurs comme associées à u défaut vu comme état plus éloigé qu e réalité. es réglages sot faits toujours pour le défaut frac. Si l o coaissait la probabilité d apparitio des défauts avec leur résistace de défaut associée, o pourrait établir des seuils valables pour ue plage de résistaces de défaut les plus probables. E coclusio, das ce premier cas d effet de la résistace de défaut, le déclechemet est gééralemet plus tardif. a première zoe e défaut «vue» est plus petite que la zoe effectivemet e défaut. Par exemple, comme ous verros das les paragraphes qui suivet, das ce cas, ous retrouvos des gradeurs comme le courat homopolaire, la puissace apparete homopolaire ou les parties réelles de la tesio homopolaire ou du rapport etre la tesio simple et le courat de phase Fr Ps Source EDF Source HTB EDF HTB 3 34 Mr 3 t t t t t ieu du défaut résistif PS t t t t t t t t t t t t t t t t t t MR t t t t t t t t t t t t Figure II- effet de l augmetatio de R - déclechemet plus tardif défaut résistif Pour le deuxième effet, pour lequel le ses de variatio de la gradeur e foctio de la résistace de défaut est cotraire au ses de variatio e foctio du lieu de défaut, o 73

81 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur décleche pour le défaut résistif plus précocemet que pour le défaut frac. Alors la zoe e défaut «vue» est plus grade que la zoe effectivemet e défaut (Figure II-3). Nous metioos que les gradeurs recotrées das ce cas sot les parties imagiaires de la tesio homopolaire ou du rapport etre la tesio simple et le courat de phase Fr Ps Source EDF Source HTB EDF 3 HTB 34 Mr 3 t t t t t ieu du défaut résistif PS t t t t t t t t t t t t t t t MR t t t t t t t t t Figure II-3 effet de l augmetatio de R - déclechemet plus précoce défaut résistif Afi de motrer leurs variatios, ous avos simulé avec ATP le réseau décrit das la sectio 4. et ous avos iterprété les résultats sous Matlab. Parmi les gradeurs étudiées, ous présetos les plus itéressates pour otre étude : le courat homopolaire, la tesio homopolaire, la puissace homopolaire (calculée à partir de ures de tesio et courat) et l impédace (calculée aussi à partir des ures de courat et tesio). es variatios de ces gradeurs serot présetées das les figures suivates e motrat deux iformatios importates : la variatio e foctio du lieu de défaut (e abscisse) et la variatio e foctio de la résistace de défaut (les quatre courbes, du R = jusqu à R = ). Afi de mieux motrer les variatios des gradeurs le log du départ, das cette aalyse, les résultats sot présetés, das la partie 4.3., seulemet pour le poit de ure PS et chaque courbe comporte les résultats des simulatios pour chaque lieu de défaut le log du départ Aalyses de quelques gradeurs calculées utilisables pour la discrimiatio Das la suite, ous chercheros les évolutios obteues sur ce réseau e utilisat des gradeurs comme le courat homopolaire, la tesio homopolaire, la puissace apparete homopolaire (par aalogie avec la protectio wattmétrique homopolaire) et comme prévu, 74

82 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios l impédace de la phase e défaut. Ces résultats vérifierot les aalyses électrotechiques pour u défaut moophasé motrées das la partie 3 de ce chapitre et aussi ils apporterot des iformatios supplémetaires sur les variatios de gradeurs lors d u défaut sur u réseau réel (u des problè état la gestio de l hétérogééité des coducteurs d u réseau de distributio). e courat homopolaire évolutio du courat homopolaire e foctio du lieu de défaut devrait suivre l équatio (II- 4). Cette équatio représete ue forme simplifiée de l équatio déjà présetée das la partie 3. O utilise les formules pour vérifier la cohérece de os résultats de simulatio par rapport à ue méthode de calcul «à la mai». I V ( l l l ) C = (II-4) es valeurs motrées das les figures sot calculées e gradeur homopolaire à partir des gradeurs istataées urées aux bores de la protectio PS. a variatio du courat homopolaire, calculé à partir des courats de phase simulés, est présetée das la Figure II- 4. a variatio de la partie réelle est ifluecée de maière importate par le lieu de défaut et d ue maière mois importate par la résistace de défaut. a partie réelle est plus importate e valeur absolue que la partie imagiaire. a Partie réelle b Partie imagiaire Figure II-4 es variatios du courat homopolaire uré au PS e foctio de lieu de défaut et de la résistace de défaut a partie imagiaire est assez sesible à la résistace de défaut : u défaut avec R = e tête de départ est «vu/discrimié» après la fi de la lige. Sa valeur de courat homopolaire dépasse la valeur qui correspod au défaut frac situé à la fi de la lige. C està-dire que l ifluece de la résistace de défaut est plus importate que l ifluece du lieu de défaut. Etre les deux gradeurs utilisables, seule la partie réelle est utilisable car sa plage 75

83 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur de variatio est plus importate et semble mois sesible à la résistace de défaut que la partie imagiaire. a tesio homopolaire a tesio homopolaire est calculée, comme le courat homopolaire, à partir des ures istataées. Nous avos vérifié ces calculs avec la formule de calcul, e simplifiat l équatio déjà présetée das la partie 3 de ce chapitre. Das cette formule, ous utilisos la logueur etre le poste source et le poit de ure,. a partie imagiaire de la tesio varie de maière plus importate e foctio du lieu de défaut que la partie réelle (Figure II-5). es deux parties de la tesio homopolaire ot presque la même erreur ( 37 %, calculée etre la valeur obteue pour u défaut frac au et la valeur pour u défaut de pour cette même positio) e foctio de la résistace de défaut, mais les effets sot opposés. a partie réelle coduit à u déclechemet plus tardif et, par cotre, la partie imagiaire coduit à u déclechemet plus précoce. Doc etre ces deux gradeurs, la partie réelle est la meilleure pour le cas étudié. Cette partie imagiaire de la tesio homopolaire est plus sesible que la partie réelle du courat homopolaire à la variatio de résistace de défaut. Sa sesibilité au lieu de défaut augmete la précisio de la détectio, mais sa sesibilité est presque double par rapport à la résistace de défaut. Ceci dimiue aisi cette précisio pour les défauts résistifs. Alors la tesio homopolaire est mois itéressate à utiliser que la partie réelle du courat homopolaire. a tesio homopolaire résultate est bie égative comme motré das l aalyse électrotechique. Par cotre das les simulatios de la vérificatio de l aalyse, faites avec MATH CAD sur le réseau test, la partie imagiaire est plus petite et positive. a Partie réelle b Partie imagiaire Figure II-5 es variatios de la tesio homopolaire urée au PS e foctio de lieu de défaut et de la résistace de défaut 76

84 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios a puissace apparete homopolaire Pour la puissace, ous avos pris deux approches. a première est classique et correspod au produit etre la tesio et courat urés, comme il est motré das la formule (II-5) : C l S = V I = V (II-5) ( l l l ) C a Partie réelle b Partie imagiaire Figure II-6 es variatios de la puissace homopolaire urée au PS e foctio du lieu de défaut et de la résistace de défaut première approche es deux parties variet quasimet idetiquemet e foctio du lieu de défaut et de la résistace du défaut. erreur apportée par l utilisatio de la puissace pour la discrimiatio est de 37% (Figure II-7). es erreurs ot été calculées etre la valeur obteue pour u défaut frac e d et u défaut résistif de, aussi e d. a deuxième approche de la formule de calcul repose sur les protectios PWH et elle calcule le S RBT comme il est préseté das la formule (II-6), où 9 est u coefficiet EDF, ku, Ku et ki dépedet des trasformateurs de ure et Ψ est l agle de du type de protectio qui est 45 pour les protectios électromécaiques et 75 p our les protectios électroiques : S RBT 9 ( ϕ ϕ ψ ) = V I cos v ku Ku ki i (II-6) Das la Figure II-7, o présete les variatios de la puissace homopolaire calculée avec la formule pour la PWH. Nous avos motré das cette figure aussi les variatios pour différets cas de mise à la terre, j (comme pour les résultats précédets), 4 et eutre compesé. a puissace apparete homopolaire est très sesible au lieu du défaut, plus sesible que les autres gradeurs présetées auparavat. Elle est par ailleurs la gradeur qui peut remplacer le courat pour la détectio du défaut moophasé. Nous motros doc aussi les ures de la deuxième protectio MR pour avoir ue meilleure illustratio de ses variatios. 77

85 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a S RBT - cas malt =j b S RBT - cas malt =4 Figure II-7 c S RBT - cas eutre compesé es variatios de la puissace homopolaire urée au PS et MR e foctio de lieu de défaut et de la résistace de défaut deuxième approche es résultats variet e foctio de la mise à la terre. Pour malt =4, par rapport aux résultats avec malt =j, la sesibilité à la résistace de défaut reste quasimet costate mais l ifluece du lieu de défaut décroît de moitié. ifluece de la résistace du défaut est la plus petite das le cas du eutre compesé ( 4%) et l ifluece du lieu de défaut est aussi assez petite. erreur a été calculée comme avat pour les défauts fracs et résistifs ( ), e tête de départ. E coclusio, il faut dire que cette gradeur est ecore plus sesible au lieu de défaut que la tesio homopolaire mais elle a la même sesibilité élevée aux impédaces de défaut. Etre la puissace homopolaire et la partie réelle du courat homopolaire, ous pourros choisir la puissace pour sa sesibilité au lieu du défaut mais les erreurs causées par la résistace du défaut e favoriset pas cette gradeur. Si o compare les résultats obteus avec les deux formules, o observe que la puissace calculée avec la formule de la PWH varie plus e foctio du lieu du défaut mais aussi e foctio de la résistace du défaut. Doc, du poit de vue de la discrimiatio, les deux formules ot des précisios de discrimiatio quasi idetiques. Etre ces deux versios, ous choisiros la formule utilisée par les PWH car elle est mieux applicable sur les réseaux de distributio grâce aux coefficiets dédiés. 78

86 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios impédace Ue première approche simple comporte ue divisio etre la tesio et le courat de la phase e défaut, voir la formule (II-7) : V I A A ( ) ( )/ 3 = (II-7) l l l a variatio des parties réelles et imagiaires, ifluecée par le lieu de défaut, est la plus importate par rapport à toutes les autres gradeurs que ous avos cosidérées. a partie réelle de l impédace calculée varie le plus sesiblemet par rapport à la partie imagiaire (Figure II-8). O observe que les variatios e foctio de l impédace de défaut ot des ses opposés pour les deux parties de l impédace calculée. a Partie réelle b Partie imagiaire Figure II-8 es variatios du rapport etre la tesio et le courat urés au PS pour la phase e défaut e foctio de lieu de défaut et de la résistace de défaut a Figure II-9 présete les résultats pour d autres mises à la terre. Nous pouvos observer qu il y a des variatios das des ses opposés e foctio de l impédace de mise à la terre. Par exemple, le déclechemet sera plus précoce das le cas de malt =j et plus tardif das les deux autres cas malt =4j et eutre compesé. Comme ous avos expliqué das le 4.3., la dimiutio de la valeur urée pour u défaut résistif par rapport à la valeur urée pour u défaut frac, qui a eu lieu à la même distace, ifluece la discrimiatio vers ue zoe plus proche de la protectio et doc le déclechemet sera plus précoce. a logique s applique à l iverse das le cas cotraire. 79

87 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a malt =j b malt =4j c eutre compesé Figure II-9 Variatio de la partie imagiaire du rapport etre la tesio et courat de la phase e défaut e foctio de lieu du défaut Coclusio sur les gradeurs utilisées E coclusio, la partie imagiaire du rapport etre la tesio et le courat semble être la gradeur la plus appropriée pour la discrimiatio de zoes e défaut. Nous présetos, das la Figure II-3, u graphique qui résume les sesibilités de différetes gradeurs étudiées. E abscisse, ous avos placé les différetes variables utilisées pour la discrimiatio et, e ordoée, leurs variatios maximales e pourcetage e foctio de la résistace de défaut et de la positio de défaut. es valeurs de pourcetage ot été calculées de la maière suivate : le pourcetage de la variatio e foctio du lieu du défaut - la différece etre les valeurs obteues pour u défaut et proche et u défaut et loi, rapportée à la différece etre u défaut proche et le foctioemet ormal (tous les défauts sot fracs) ; le pourcetage de la variatio e foctio de la résistace de défaut la différece etre les valeurs obteues pour u défaut frac et u défaut résistat, rapportée à la différece etre u défaut frac et le foctioemet ormal (tous les défauts sot proches). 8

88 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios Figure II-3 Résultats des sesibilités des gradeurs e foctio de la résistace de défaut (e rouge) et du lieu de défaut (e vert) O voit bie que la majorité des gradeurs ot ue variatio e foctio du lieu de défaut plus importate que celle e foctio de la résistace du défaut. Mais la meilleure gradeur est la partie imagiaire du rapport etre la tesio de phase et le courat de phase (e défaut). Elle varie beaucoup à ure que le lieu de défaut se déplace vers la fi du départ et est très peu sesible à la résistace de défaut. Avec ces deux gradeurs choisies (ue pour la détectio et ue autre pour la discrimiatio), ous présetos das la partie suivate la logique reposat sur ces deux gradeurs costituat le pla de protectio. 4.4 a logique de protectio Premièremet ous rappelos que la logique qui utilise ue détectio avec temps iverse a pas eu de succès das otre cas d étude [Sho-4]. Deuxièmemet, ous rappelos que la logique de protectio repose sur deux étapes : la détectio d u défaut das la zoe protégée et la discrimiatio de zoes e défaut pour temporiser le déclechemet. Maiteat que ous avos choisi les gradeurs, ous pouvos préseter la logique associée : Das la première étape, de détectio, chaque protectio possède trois situatios possibles e foctio des ures (gradeur et ses du courat) comparées à leur seuil : I uré < I seuil, la protectio e détecte pas de défaut, alors la logique de détectio s arrête ici; I uré > I seuil mais Ses uré Ses seuil, la protectio détecte le défaut mais das le ses o voulu, alors la logique de détectio s arrête ici; 8

89 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur I uré > I seuil mais Ses uré = Ses seuil, la protectio détecte le défaut qui se trouve das le bo ses, alors la logique de détectio cotiuera avec le pas prochai de discrimiatio; a deuxième étape, de discrimiatio, utilise les ures de courat et de tesio et calcule l impédace. Il y a trois situatios possibles : calculée < seuil (la première zoe protégée) Ue commade de déclechemet istataé e t sera evoyée das ce cas calculée є { seuil, seuil } (la deuxième zoe protégée) Ue commade de déclechemet temporisée e t t sera evoyée das ce cas calculée > seuil Das cette situatio, il y a deux type de réglages : u réglage pour la première protectio e tête de départ : Ue commade de déclechemet temporisée e t t sera evoyée das ce cas u réglage pour toutes les autres protectios déployées das le réseau : la logique de discrimiatio décide que la protectio e décleche pas. a Figure II-3 illustre ce raisoemet. Nous cosidéros u départ simple protégé par quatre protectios e série. Il y a quatre cas avec quatre lieux de défaut différets pour examier tous les cas possibles. O va cosidérer le cas le plus difficile pour la détectio du ses de courat, quad la GED ijecte u courat de court-circuit qui dépasse les seuils de protectios. Il ous reste à voir, das le chapitre IV, l importace des perturbatios crées par la présece de GED. Ces perturbatios déformet les gradeurs urées pour la discrimiatio faite par le calcul d impédace et doc elles peuvet produire des erreurs de temporisatio. Il faut préciser que chaque protectio a ses propres seuils. Ces seuils correspodet aux zoes de réseau protégées par chaque protectio. 8

90 Chapitre II : Aalyse théorique sur les défauts des réseaux et le déploiemet de protectios Source EDF HTA GED Cas coditios P P P 3 P 4 Valeur du I I uré >I seuil I uré >I seuil I uré >I seuil I uré <I seuil Ses du I Ses uré =Ses seuil Ses uré Ses seuil Ses uré Ses seuil Ses uré Ses seuil Valeur du calculée < seuil Temporisatio t a cas Source EDF HTA GED Cas coditios P P P 3 P 4 Valeur du I I uré >I seuil I uré >I seuil I uré >I seuil I uré <I seuil Ses du I Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Ses uré Ses seuil Ses uré Ses seuil Valeur du calculée є{ seuil, seuil } calculée < seuil - - Temporisatio t t t - - b cas Source EDF HTA GED Cas coditios P P P 3 P 4 3 Valeur du I I uré >I seuil I uré >I seuil I uré >I seuil I uré <I seuil Ses du I Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Ses uré Ses seuil Valeur du calculée > seuil calculée є{ seuil, seuil } calculée < seuil - Temporisatio t t t t t - c cas 3 Source EDF HTA GED Cas coditios P P P 3 P 4 4 Valeur du I I uré >I seuil I uré >I seuil I uré >I seuil I uré >I seuil Ses du I Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Ses uré =Ses seuil Valeur du calculée > seuil calculée > seuil calculée є{ seuil, seuil } calculée < seuil Temporisatio t t - t t t d cas 4 Figure II-3 es réglages de protectios pour différets lieux de défaut es coditios vérifiées das chaque cas et pour chaque protectio sot présetées das les tableaux associés aux figures précédetes. Alors grâce à la logique spatio-temporelle, e théorie, la limite de trois protectios e série est plus rédhibitoire. Avec cette logique, o peut déployer u ombre de protectios plus 83

91 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur grad que trois, du poit de vue de la temporisatio limite de secode au poste source. Pour la validatio de l idée, il faut vérifier qu il y a pas de situatios de mauvaises successios de temporisatios de zoes etre protectios voisies. 5 Coclusios sur les gradeurs utilisées pour détecter et discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Das ce chapitre, ous avos coduit ue aalyse électrotechique afi de décrire et de mieux compredre les variatios de différetes gradeurs par rapport aux différets élémets du réseau et particulièremet aux lieux du défaut, impédaces du défaut et lieux de ure. Cette aalyse ous a apporté des coaissaces quat aux variatios de gradeurs qui ous a permis de juger et de coclure sur quelle gradeur il fallait utiliser pour détecter et discrimier u défaut moophasé. Nous avos coclu que ces deux étapes serot faites e utilisat des gradeurs bie adaptées à chacue des tâches. a première tâche est la détectio et reposera sur le courat homopolaire (ou ue protectio wattmétrique homopolaire pour les mises à la terre e eutre compesé). a deuxième étape, qui est la plus difficile à régler, est la discrimiatio faite à base de seuils. Pour la discrimiatio, ous avos choisi l impédace (otammet la partie imagiaire de l impédace) car elle permet de s affrachir e théorie de la résistace du défaut. apport d ue impédace calculée sera détaillé, expliquée et appliquée sur u réseau réel das le chapitre III. Das ce chapitre III, ous proposos ue meilleure formule de calcul de l impédace, parmi des solutios optimisées, afi d améliorer les performaces de la discrimiatio des zoes e défaut. 84

92 CHAPITRE III. METHODES REPOSANT SUR E CACU DE IMPEDANCE POUR DISCRIMINER ES DEFAUTS MONOPHASES DANS ES RESEAUX HTA

93 Sommaire du chapitre III Itroductio es méthodes de discrimiatio a formule géérale et l évaluatio du pla de protectio a méthode «par troço» a méthode «e valeur moyee par zoe» a méthode 3 k optimisé a méthode 4 k optimisé et seuils reposat sur l impédace e complexe e pricipe e choix du seuil - théorique e choix du seuil - pratique e choix de la délimitatio de zoes de protectio Evaluatio des méthodes de réglage es résultats obteus e calcul du pourcetage de discrimiatio correcte aalyse du calcul reposat sur la partie imagiaire de l impédace es résultats obteus avec la méthode es résultats obteus avec la méthode es résultats obteus avec la méthode Coclusio partielle sur les trois méthodes avec des seuils costats Possibilité d avoir des doubles déclechemets pour u défaut es résultats obteus avec la méthode Coclusios et perspectives... 3

94 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Itroductio Das ce chapitre, ous présetos des méthodes de discrimiatio de la zoe e défaut pour des protectios déployées das des réseaux HTA avec différetes impédaces de mise à la terre du eutre. objectif des travaux cosiste à obteir u pla de protectio sélectif afi d isoler la plus petite partie possible du départ e défaut. Premièremet, ous présetos les méthodes proposées avec les poits essetiels des logiques de foctioemet. Ces logiques reposet sur différetes modalités de calcul d ue formule d impédace. a formule est difficile à utiliser das les réseaux hétérogèes car elle repose l impédace liéique des coducteurs jusqu au défaut. es caractéristiques différetes des coducteurs sot ue source importate d erreur pour le calcul de la discrimiatio. Et fialemet, ous motros les résultats de ces différetes méthodes e présetat et justifiat le choix reteu. es études ot été faites e foctio de différets lieux de défaut, résistaces de défaut sur u départ hétérogèe. Nous rappelos que ces études ot été faites pour des défauts moophasés car ils sot le plus fréquets (79 %, comme ous l avos metioé das le chapitre I). es méthodes de discrimiatio Das cette sectio, ous présetos la formule de l impédace gééralemet utilisée et quatre méthodes proposées afi de discrimier la zoe e défaut.. a formule géérale et l évaluatio du pla de protectio Quatre méthodes pour discrimier les zoes de défaut sot proposées. O rappelle que le but de ces méthodes est de temporiser le déclechemet e foctio de la zoe de défaut estimée (chapitre II, partie 4.4). Pour chaque protectio réglée, la temporisatio est associée aux zoes protégées. a formule de base utilisée das toutes les méthodes est présetée das l équatio (III-) [Als-]. Das la formule, l idice A représete la phase de la gradeur (I courat et V tesio), I R est le courat résiduel et les exposats et représetet les composates homopolaire et directe de l impédace, A, de la lige. e défaut est toujours moophasé et cosidéré sur la phase A. = A avec k = (III-) calc I A V k I R 3 e problème de cette formule du calcul de l impédace réside das le coefficiet k qui déped des impédaces liéiques. E effet, comme les réseaux de distributio sot hétérogèes (costitués de plusieurs coducteurs de sectio et de ature différetes : aérie, souterrai, etre autres), il est difficile de choisir ce coefficiet. es impédaces 87

95 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur calculées avec la formule (III-) sot très ifluecées par la résistace du défaut (Aexe ). Par coséquet, ous avos cosidéré l équatio (III-). V V V = d I d I d I 3 R I (III-) l l l E utilisat les parties réelle et imagiaire de cette équatio, o aboutit alors au système d équatios (III-3) pour lequel la distace d et la résistace de défaut R sot les icoues. Re Im ( V V V ) ( V V V ) = Re( = Im( l l d I d I l l d I d I l l d I d I 3 R 3 R I I ) ) (III-3) Ces deux icoues sot faciles à trouver à partir de ces deux équatios et permettet d aboutir à la formule de la distace de défaut - équatio (III-4). Il faut remarquer que la otio de coefficiet k a été modifiée. Pour le calcul de la distace, ous utilisos d ue autre maière que das l équatio III- les impédaces liéiques (directe et iverse). Même das cette formulatio, ces impédaces liéiques apportet toujours le même problème : elles sot variables e foctio du lieu de défaut. d = Im( l ( I Im( V I V I V l l ) Re( V )) Re( l Im( I V V ) Re( I l ( I I I l ) ) Im( I )) Re( I ) ) (III-4) Das l équatio (III-4) figuret maiteat deux coefficiets : le rapport des impédaces, k = l et l impédace directe,. Ceux deux ouveaux coefficiets servet à l l évaluer la distace (et o pas l impédace) jusqu au lieu de défaut. es méthodes et reposet sur cette équatio, (III-4). es méthodes 3 et 4 proposet ue optimisatio du coefficiet k e utilisat l équatio (III-). es trois premières méthodes reposet uiquemet sur la partie imagiaire de l impédace calculée. a quatrième méthode, dérivée de la troisième, repose sur les parties réelle et imagiaire de l impédace calculée.. a méthode «par troço» Cette méthode propose ue première solutio au problème de la variatio des impédaces liéiques le log du départ e utilisat u calcul adapté à chaque troço. a formule (III-) est valable pour u réglage gééralemet utilisé pour les protectios de distace sur u ouvrage homogèe telle ue lige de trasport. Il faut alors calculer ue impédace pour chaque troço homogèe (e impédace liéique) d ue zoe. Sachat que le lieu de défaut est icou, le calcul pourrait être fait troço de coducteur par troço de coducteur. O commece aisi le calcul avec les caractéristiques (impédaces liéiques directes et homopolaires) du premier coducteur. Si la valeur de l impédace obteue 88

96 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA dépasse la valeur attedue pour le premier troço, o peut passer au troço suivat. Pour avoir les ures de courat et tesio au début du deuxième troço, il faut déplacer virtuellemet le poit de ure. Pour ce faire, o soustrait la chute de tesio de la tesio du troço précédet. Das la Figure III-, la logique de protectio est présetée de maière schématique. calc Iitialisatio: i=, av= Mesure: V A et I A e utilisat l'équatio (III- 4) < calc i oui o = = calc calc av calc i = i < calc zoe l V et I sot virtuellemet déplacés av oui av i I A =I A (t )-I A (t ) V A V V e utilisat l'équatio (III- 4) oe t = calc Temp ; ; 3 ;3 t 3 i = k = av k o < calc oe oui oe t = t Temp calc t o oe t = t calc 3 Temp t Figure III- a logique de protectio avec la méthode calcul itératif de la positio du défaut Das la Figure III- o ote «i» le ombre d itératios, avec l idice «A» les gradeurs de la phase e défaut, A, avec l idice «or» les gradeurs urées e foctioemet ormal, avec les exposats, et les gradeurs de séquece directe, iverse et homopolaire, avec des idices umérotés,, etc les gradeurs des troços,, etc, avec «av» la logueur des troços e amot, avec «calc» les valeurs calculées et avec la logueur calculée etre la protectio et le lieu de défaut. calc Nous avos aussi soustrait au courat uré pedat le défaut le courat uré e foctioemet ormal (sas défaut) pour supprimer l effet des charges, (I A =I A (t )-I A (t )). O rappelle que les défauts moophasés sot les mois perturbats pour les charges. 89

97 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur es seuils utilisés correspodet aux distaces etre la protectio que l o règle et les extrémités des zoes protégées (Figure III-). Ces seuils sot fixés pour ue résistace de défaut de et ue boe discrimiatio repose sur la cohérece des logueurs calculées. % % % % % % PS MR FR égede: -ige -P (PS) -P (MR) -P 3 (FR) -oe -oe T=t T=t t -oe 3 T=t t Figure III- es zoes protégées par les protectios délimitatio des seuils U des icovéiets de la méthode est la base de doées écessaire pour chaque protectio afi de discrimier la zoe e défaut : chaque protectio a besoi de toutes les doées sur les impédaces liéiques et les logueurs de chaque troço de coducteur protégée. es résultats obteus avec la méthode sot motrés das la partie a méthode «e valeur moyee par zoe» a méthode propose ue amélioratio de la première méthode vis-à-vis d ue réductio du volume des calculs. E effet, e utilisat u seul coefficiet pour ue zoe, o réduit le ombre de comparaisos faites (d u ombre égal à celui des troços d ue zoe). es coefficiets correspodat à chaque zoe sot calculés avec l équatio (III-5). Das cette formule, o ote par la logueur et par l impédace. es otatios avec l idice «i» sot les gradeurs qui correspodet au troço i. es impédaces avec l idice «zoe» ou «zoe» sot les moyees podérées de la zoe spécifiée. es exposats et idiquet des impédaces directe ou homopolaire. ( ) ( ) ( ) ( ) i i i i i= = i i i i i= i= i= = ; ; = ; = zoe zoe zoe zoe (III-5) i= i i= i i= i impédace de la première zoe est doc obteue par ue somme podérée des impédaces de chaque troço de la zoe. a podératio est faite e foctio des logueurs de troços. es troços pris e compte sot etre la protectio (par exemple P ) et la fi de la zoe (zoe das ce cas), avec les idices du jusqu à (Figure III-3). i= i 9

98 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA P P P 3 I A,, Seuil,,,, Seuil,, V A, i= i zoe, zoe, i= i zoe, zoe Figure III-3 es domaies de défiitio des coefficiets pour chaque zoe de la protectio P a logique de foctioemet est présetée das la Figure III-4. e schéma logique e comporte pas de boucles et la décisio est alors prise après u maximum de deux calculs suivis par deux comparaisos avec les seuils. Mesure: V A et I A,,,,, Seuil zoe zoe Seuil zoe zoe P I A,, Calcul de la distace avec l équatio re plus importate par rapport V A < calc Seuil oui oe t = calc Temp t o Calcul de la distace avec l équatio GED (cas utilisé pour les < calc Seuil o oui oe t = t Temp calc oe t = t calc 3 Temp t t Figure III-4 a logique de protectio avec la méthode calcul de discrimiatio e but est pas de localiser le défaut mais de trouver das quelle zoe le défaut s est produit. Même si la distace calculée est pas précise, la seule iformatio utile est de savoir si cette distace est iférieure à la logueur etre la protectio et la fi de la zoe. A cette imprécisio sur les distaces calculées (à cause de l hétérogééité du réseau) s ajoute l imprécisio de calcul de la méthode de discrimiatio (à cause de la résistace du défaut). Ces imprécisios redet difficile la comparaiso avec des seuils qui représetet de vraies logueurs. De ce fait, les seuils utilisés sot les valeurs calculées pour les défauts qui se trouvet juste après la prochaie protectio e aval. Par exemple, au lieu de mettre comme premier seuil de la protectio P la logueur etre P et P, o va utiliser la logueur trouvée pour u défaut frac qui a eu lieu juste après la protectio P (lieu appelé d, comme il a 9

99 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur été expliqué das le chapitre II). De la même faço, le deuxième seuil de P est la distace obteue pour u défaut après P 3, (d3), voir l équatio (III-6). Seuil Seuil = = zoe calc zoe calc ( ( = d) = d3) (III-6) a base de doées écessaire par chaque protectio est doc plus petite (réseau agrégé par zoe) qu e utilisat la méthode, car les protectios ot besoi d u coefficiet et d ue logueur pour chaque zoe protégée. a base de doées du réseau est utilisée ue seule fois, au momet de calcul des réglages des protectios. e calcul de réglage est fait afi de détermier le coefficiet et la logueur de chaque zoe de chaque protectio. es résultats obteus avec la méthode sot motrés das la partie a méthode 3 k optimisé a méthode 3 repose sur u calcul d impédace e utilisat u coefficiet optimisé pour la partie du départ qui se trouve e aval de la protectio réglée. optimisatio est faite afi de améliorer la performace des protectios, doc d augmeter la probabilité de discrimiatio. Ue des limitatios des deux méthodes précédetes est que le coefficiet k est associé à u coducteur doé ou u coducteur moye et défii par la formule (III-). idée cosiste doc à relâcher la cotraite sur la valeur du coefficiet k d où la otio de coefficiet k optimisé trouvé das le pla complexe. e coefficiet k est choisi das le pla complexe de faço à ce que les valeurs calculées variet le plus e foctio du lieu du défaut et le mois e foctio de la résistace de défaut. es seuils sot imposés comme das la méthode, c est-à-dire e utilisat les valeurs obteues pour les défauts fracs qui ot lieu juste après les protectios e aval. a Figure III-5 présete la démarche utilisée pour trouver les différets coefficiets et seuils de réglage de la méthode. évaluatio du meilleur coefficiet k a été faite uiquemet sur la base de la partie imagiaire de l impédace calculée. Afi de trouver le meilleur coefficiet, la méthode comporte plusieurs itératios. Ces itératios ajoutet successivemet de la fiesse du maillage du domaie afi de rechercher le meilleur coefficiet. idée ressemble à celle du «quadtree» [Bo-97] sauf qu o pred e compte beaucoup plus de valeurs, doc le maillage est plus fi. 9

100 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA V,I urés par la protectio à régler pour tous les lieux de défaut (d :d34) et toutes les impédaces de défaut (,,5,) Taille du domaie réelle et imagiaire Dr=Di: D D r r, pour la partie réelle et D D i i, pour la partie imagiaire. e pas : p Nr itératio : it = Calcul des valeurs obteues pour chaque coefficiet du domaie parcouru avec le pas p doé. Recherche du meilleur coefficiet parmi les valeurs obteues : Trouver combie de défauts sot mal discrimiés avec les valeurs calculées pour chaque coefficiet. Reteir le coefficiet k o le plus performat ; it = it o it <5 Calcul de la probabilité de discrimiatio correcte. P = d p = d Rd = Rd,,P zoe zoe oui D r =D r, ; D i =D i, ; p=p ; Domaie : partie réelle D D r r Re(k ),Re(k ) D D i i Im(k ),Im(k ) partie imagiaire e meilleur coefficiet k trouvé es valeurs obteues a probabilité de discrimiatio correcte. Figure III-5 a logique de la méthode 3 pour obteir les doées de réglage de la protectio O commece la première itératio sur le domaie de défiitio du coefficiet k {-D r /, D r /} la partie réelle et le même pour la partie imagiaire {-D i /, D i /}, où D r =D i. es deux domaies sot parcourus avec u pas, p. Doc, le domaie des valeurs de D r uités (D r / égatives et D r / positives) coduit alors à D r /p (ombre d uités divisé par le pas) valeurs étudiées pour chaque partie du coefficiet. Au total, o a doc (D r /p)² coefficiets étudiés. Nous avos voulu être sûrs que la méthode trouvera ue des meilleures valeurs «optimales locales». Après le calcul des impédaces calculées e utilisat chaque coefficiet du domaie choisi, o recherche celui qui doe les valeurs d impédace discrimiées le plus 93

101 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur correctemet (pour ue résistace de défaut variat de à ). Cette recherche repose sur des comparaisos des valeurs avec les seuils (fixés pour ue résistace de défaut de ). es itératios suivates portet sur u domaie dix fois plus petit que celui de l itératio précédete. e domaie sera cetré autour du coefficiet trouvé auparavat (par exemple pour la deuxième itératio le domaie est [Re(k )-. D r /, Re(k ). D r /] pour la partie réelle et [Im(k )-. D i /, Im(k ).D i /] pour la partie imagiaire). e pas avec lequel le domaie est parcouru est alors dix fois plus petit que celui de l itératio précédete (p=p/). Aisi chaque itératio cherche ecore plus fiemet autour du coefficiet trouvé à l issue de la derière itératio. icovéiet est que l o e peut pas être sûr que l o trouvera le coefficiet qui doera le meilleur résultat pour tout le domaie car o cherche seulemet autour du meilleur coefficiet trouvé à l issue de la première itératio. Il y a toujours la possibilité que le meilleur coefficiet pour le domaie exploré e soit pas das la zoe détermiée avec le pas d exploratio iitial (foctio à optimiser o mootoe). Das l Aexe, ous présetos u exemple de performaces obteues avec les coefficiets détermiés après deux itératios (et doc l apport des itératios successives). Ces valeurs (le coefficiet k et les seuils) sot les seules doées à fourir à ue protectio pour le calcul de discrimiatio de la zoe de défaut avec la méthode 3. e calcul d optimisatio du coefficiet peut predre jusqu à quelques heures. Mais cette phase est faite ue seule fois pour régler les protectios. Après le réglage, le foctioemet d ue protectio pour discrimier la zoe e défaut se réduit à u seul calcul avec le coefficiet imposé et la comparaiso avec les seuils comme il est préseté das la Figure III-6. Das cette figure, o motre la logique de discrimiatio pour régler la protectio P (au poste source doc avec deux seuils) e utilisat la méthode 3. k optimisé Seuil Seuil calc {, Seuil } calc { } o Seuil, Seuil o oui Défaut «vu» das la oe ; Temporisatio : T=t oui Défaut «vu» das la oe ; Temporisatio : T=t t Défaut «vu» das la oe 3 ; Temporisatio : T=t t Déclechemet après la temporisatio T Figure III-6 a logique de protectio avec la méthode 3 calcul de discrimiatio es résultats obteus avec la méthode 3 sot motrés das la partie

102 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA.5 a méthode 4 k optimisé et seuils reposat sur l impédace e complexe Cette aalyse s approche ecore plus de la protectio de distace utilisée sur les réseaux de trasport. idée est d utiliser les deux parties de l impédace même si la partie imagiaire varie mois e foctio de l impédace de mise à la terre du eutre que la partie réelle (illustrée das les études précédetes). Néamois, la seule méthode qui repose sur le calcul de l impédace et qui permet l utilisatio des seuils e «deux dimesios» est la méthode 3. C est celle-ci que ous allos adapter pour costituer la méthode e pricipe Afi de défiir les seuils e deux dimesios, il faut commecer par ue étude sur l apport de cette approche pour la discrimiatio correcte par rapport à l approche précédete. Das ce que ous avos préseté das la sectio.4, la méthode 3 repose sur des seuils que l o détermie à partir des impédaces calculées pour chaque coefficiet k. Ceci reviet à dire que les valeurs obteues, représetées das le pla complexe (la partie réelle e abscisse et la partie imagiaire e ordoée), serot coservées seulemet si elles respectet les cotraites imposées pour pouvoir discrimier avec ces seuils. a cotraite importate est d avoir la variatio la plus faible e foctio de la résistace du défaut. Das l approche précédete, l évaluatio du meilleur coefficiet k a été faite uiquemet sur la base de la partie imagiaire de l impédace calculée. Das cette deuxième approche, o foctioe maiteat e teat compte de la partie réelle et de la partie imagiaire. Ceci coduit doc à traiter beaucoup plus de cas que précédemmet et les seuils sot maiteat des droites das le repère complexe et o des droites horizotales (ombres imagiaires purs)..5. e choix du seuil - théorique a Figure III-7 motre e théorie ue des situatios possibles. Ue telle situatio e pouvait, jusqu alors, pas être étudiée car la pete de la droite de variatio de «l impédace calculée» e foctio de la résistace de défaut est égative et la pete de la droite de la variatio de cette «impédace calculée» e foctio du lieu de défaut est positive (ce cas est pas discrimiable avec les seuils fixes détermiés pour ue résistace de défaut ulle). 95

103 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Im() d34 d33 d3 d3 d3 d d d3 d d f( ) R = R = R =5 R = f(r ) seuil seuil Re() Figure III-7 es seuils e complexe pour la méthode 4 e réglage de la protectio P (qui protége 3 zoes) est fait avec seuils. e seuil représete la fi de sa première zoe e délimitat ses zoes et. e seuil représete la limite de sa zoe, aisi elle délimite ses zoes et 3. a protectio P (qui protége zoes) a u seul seuil pour la discrimiatio etre ses deux zoes. Das cette figure, ous avos préseté les deux axes importats pour la discrimiatio et le choix du coefficiet k et des seuils : la droite e traits pleis oirs correspod à la variatio des valeurs e foctio du lieu du défaut (otée f( )) et la droite e traits poitillés oir correspod à la variatio des valeurs e foctio de la résistace du défaut (otée f(r )). Afi de discrimier les défauts avec des seuils e deux dimesios, il faut tout d abord défiir les équatios des seuils et das quel demi pla complexe (délimité par ce seuil) il faut discrimier les défauts. Cette méthode s ispire des protectios de distace qui utiliset des parallélogram, sauf que ici, ous avos décidé d utiliser des seuils plus simples : des foctios affies. Par exemple, das la figure précédete, le seuil de la protectio PS (la lige bleue) divise le pla e deux : e dessous du seuil, il y a la zoe (poits bleus) et au dessus, il y a le reste des cas de défaut (poits rouges et verts). Pour discrimier ue valeur calculée, correspodat à u lieu de défaut et ue résistace de défaut doés, il faut trouver sa positio par rapport à la droite de seuil (que l o doit aussi obteir). a Figure III-8 motre ce pricipe. Pour la détermier, o va tout d abord predre la partie réelle de la valeur étudiée (Re( calc )) et détermier le poit associé sur la droite de seuil. So ordoée 96

104 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA est obteue e utilisat l équatio de la droite de seuil et vaut (Im( eq_seuil (Re( calc )))), obteue à partir de (III-7) Das cette équatio, les ter «a» et «b» sot les coefficiets de la droite. Im( (Re( ))) = a Re( ) b (III-7) eq_seuil calc calc Das le cas de positioemet des valeurs motré das la Figure III-7, o va avoir le raisoemet suivat : si cette partie imagiaire est plus grade que la partie imagiaire de la valeur étudiée, le défaut est alors discrimié das la zoe délimitée par le seuil utilisé. équatio de la droite de seuil : Im( eq_seuil(re( calc)))=a Re( calc)b Im( eq_seuil(re( calc))) la droite de seuil Im( calc) calc Re( calc) Figure III-8 e positioemet d ue valeur complexe calculée par rapport à la droite de seuil Ceci est u des 4 cas possibles de positioemets des valeurs. es autres cas sot présetés das l Aexe. Pour chaque cas, la discrimiatio est faite de maière différete (chaque positioemet impose des siges différets de comparaiso etre valeurs, petes et seuils). De ce fait, la complexité de calcul pour chaque choix de valeur du coefficiet k est augmetée par rapport à la méthode 3. Cette complexité augmete cosidérablemet le temps de calcul..5.3 e choix du seuil - pratique Il faut metioer que la Figure III-7, présete u cas idéal théorique avec les valeurs «équidistribuées» (e foctio de leurs positios et leurs résistaces de défaut). Ce cas comporte des valeurs «parfaites et aligées» (obteues pour u lieu doé et différetes résistaces de défaut). Par exemple, la droite du seuil passe toujours par les valeurs des défauts qui ot eu lieu e d avec les impédaces de défaut de,, 5 et. E réalité, o peut avoir des cas pour lesquels ces valeurs (qui délimitet la zoe et alors qui imposet le seuil) e sot plus aligées mais chaque couple de valeurs permet de défiir ue droite éligible pour la droite de seuil. a Figure III-9 motre ue telle situatio. Six droites sot éligibles pour la droite du seuil. es six droites sot créées par chaque paire de deux valeurs de 97

105 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur défauts (qui ot eu lieu e d avec les résistaces de défaut,, 5 et ). Chaque droite délimite différemmet les valeurs calculées. Im() d 5& & & &5 & &5 Re() Figure III-9 e choix de la droite de seuil parmi les droites éligibles Afi de trouver le meilleur seuil, o choisira la droite qui coduit au succès le plus importat e ter de discrimiatio correcte. Pour le réglage du seuil, aucue des valeurs calculées pour u défaut e d (les valeurs motrées e rouge das la Figure III-9) e doit se trouver e zoe. Ceci sigifie que ces valeurs calculées doivet toutes se trouver du même côté de la droite de seuil. a raiso est que l o e veut jamais discrimier (par la protectio PS das cet exemple) u défaut plus loi que la protectio MR das la zoe de la protectio PS (voir Figure III-). C est pourquoi les seules droites reteues à cette étape sot les droites qui délimitet toutes les occurreces du défaut e d d u même côté (das cet exemple ce sot : &, &5 et 5&). A cause du positioemet des valeurs, chacue de ces droites va, peut-être, discrimier quelques défauts qui ot eu lieu avat la protectio MR (avat les valeurs e rouge) das la zoe (par exemple les défauts de qui ot eu lieu e d3 et d serot discrimiés das la zoe par la droite &). Par coséquet, le choix etre ces derières droites éligibles pour la droite seuil de la protectio PS, est fait e utilisat les probabilités de résistace de défaut et e détermiat la probabilité de discrimiatio correcte. Nous expliquos e détails commet est calculée cette discrimiatio das la partie 3.. a droite qui permet de discrimier le plus de défauts qui ot eu lieu das la première zoe (e icluat les probabilités d occurrece des défauts) est choisie comme seuil. U autre problème du réglage du seuil peut iterveir das le réglage de protectios avec plusieurs seuils (exemple, la protectio PS a deux seuils). es seuils peuvet se croiser mais il faut que cela se produise e dehors de la partie de pla complexe qui ous itéresse. C est pourquoi ue autre cotraite cosistera à choisir uiquemet des paires de seuils qui e se croiset jamais das le domaie de défiitio des valeurs calculées. 98

106 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA.5.4 e choix de la délimitatio de zoes de protectio De plus, o veut éviter les doubles déclechemets e utilisat les défiitios de zoes de protectio, motrées das le premier schéma de la Figure III-. Afi de prouver sa écessité, ous avos proposé ce choix de zoes seulemet après avoir motré les risques de double déclechemet obteus avec le premier choix de zoes. O rappelle que la protectio FR a pas de réglages de discrimiatio, pour cette cofiguratio de réseau (car elle e secourt aucue autre protectio e aval). Avat: % % % % % % PS MR FR Seuils adaptés: % 6% PS MR FR % 8% % 8% % % % égede: -ige -P (PS) -P (MR) -P 3 (FR) -oe -oe T=t T=t t -oe 3 T=t t Figure III- es zoes de protectio améliorées Afi d éviter ces doubles déclechemets, o va décaler les zoes de recouvremet comme il est motré das le deuxième schéma de cette figure. Comme les défauts mal discrimiés se trouvet toujours à la fi d ue zoe, o préfère réduire de % (valeur prise par aalogie avec le réglage de protectios de trasport pour teir compte des erreurs de ure et de calcul) la zoe de protectio. Cette partie sera protégée das la zoe suivate. Il y a plus aisi de cocomitace etre la fi d ue zoe pour la protectio PS et le début d ue zoe pour la protectio MR (idem pour MR et FR). Etre MR et FR, o va avoir la zoe du MR qui couvre 8% de la zoe etre ces protectios et la zoe du PS qui couvre 6% de la même zoe. Ces pourcetages de recouvremet d ue zoe sot associés à l impédace directe de la zoe étudiée (car l impédace directe est plus pertiete que la logueur pour teir compte du l hétérogééité du départ)..6 Evaluatio des méthodes de réglage Chaque méthode proposée doit être évaluée. es défauts qui ot eu lieu das ue zoe doée mais qui ot été détectés das la zoe suivate (à cause d ue résistace de défaut élevée, par exemple) sot élimiés avec ue temporisatio plus grade que écessaire. es défauts mal discrimiés sot des défauts qui ot lieu à la fi d ue zoe et avec ue résistace de défaut importate. a teue du matériel est, a priori, pas u problème car le 99

107 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur courat de défaut est plus faible pour ces défauts résistifs loitais et les câbles doivet pouvoir alors souteir plus logtemps ces courats de court-circuit. Même si ces défauts sot toujours détectés et élimiés plus tardivemet, o va les cosidérer cepedat comme des discrimiatios «retardées». e réseau est toujours protégé même si les défauts sot détectés et discrimiés das des zoes plus loitaies (doc avec ue temporisatio plus importate qu attedue). O a aisi séparé les cas de défauts correctemet discrimiés (das leurs vraies zoes où ils ot eu lieu et pour lesquels les autres protectios ot correctemet temporisé leur déclechemet) des autres défauts. Das le paragraphe suivat, ous explicitos commet évaluer la performace du pla de protectio pour chaque méthode (comme il a été expliqué das la présetatio des méthodes). es choix du k, des seuils et le recours au calcul de discrimiatio correcte dépedet de la méthode choisie. Ue première approche cosiste à cosidérer u pla de protectio établi, à la base, pour les défauts fracs et à évaluer la performace ue seule fois (méthodes et ). E supposat que les défauts plus résistifs sot toujours «vus» de maière plus loitaie, ces seuils (réglés pour le défaut frac de la fi de la zoe) assuret que tous les défauts e serot jamais discrimiés plus précocemet. O peut évaluer la performace des méthodes et (pourcetage de discrimiatio correcte) à la fi du calcul des distaces de défauts. es seuils sot fixes pour ces deux méthodes et le coefficiet k est uique pour u lieu de défaut doé. Ue deuxième approche (méthode 3) cosiste à proposer plusieurs coefficiets k, chacu avec u seuil. a performace est alors calculée pour chaque coefficiet k aalysé e utilisat les seuils correspodats afi de reteir le coefficiet et les seuils qui permettet la discrimiatio la plus correcte. Même si, das cette deuxième approche, les seuils sot fixes, ils e sot plus fixés ue fois pour toute (car ils dépedet du coefficiet k ). a troisième approche, développée das la méthode 4, utilise des seuils et les impédaces calculées e complexe. Cette approche cosiste à predre e compte, pour le réglage, des défauts résistifs ( à ). Pour cela, il faut predre e compte l évolutio de l impédace calculée (à la fois e partie réelle et e partie imagiaire). a troisième approche se déroule comme la deuxième approche et retiet évidemmet le coefficiet k et les seuils associés les plus discrimiats (pla de protectio le plus robuste à la variatio de la résistace de défaut). Il faut metioer qu ue dispersio importate des gradeurs calculées peut arriver e présece de GED, d erreurs de ure ou de chagemets des paramètres das le départ.

108 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Par chagemet de paramètres, ous faisos référece à des travaux de maiteace sur les câbles qui peuvet chager le réseau et doc l impédace de divers troços. 3 es résultats obteus Des simulatios dyamiques de défauts e réseau ot été coduites avec le logiciel ATP. Afi de mettre e place la logique de protectio, les résultats obteus (les tesios et les courats urés) ot été traités avec le logiciel Matlab. 3. e calcul du pourcetage de discrimiatio correcte Pour garatir que le pla de protectio soit le plus discrimiat possible, il faut garatir so bo foctioemet pour ue plage doée de résistace de défaut. Pour cela, chaque méthode de réglage sera évaluée pour des résistaces de défaut comprises etre et. Cette limite haute a été fixée car elle coduit à u courat de défaut o détectable par les protectios ampèremétriques classiques. Pour teir des statistiques d occurrece des différetes résistaces de défaut, o a attribué ue probabilité d apparitio du défaut e foctio de sa résistace, e coformité avec ue statistique fourie par le distributeur (Figure III-). Figure III- a probabilité d apparitio d u défaut e foctio de leur résistace de défaut e calcul du pourcetage de défauts discrimiés est alors podéré par les probabilités d apparitio des défauts e foctio de leur résistace. Das l équatio (III-8), o présete la formule de calcul de la probabilité de discrimiatio réussie. Afi d être plus précis sur os résultats, ous avos iterpolé les valeurs obteues pour les dix lieux de défaut et pour les quatre résistaces de défaut (,, 5 et ). Nous cosidéros doc lieux de défaut ( lieux iterpolés etre chaque couple de lieux simulés) et résistaces de défaut

109 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur (iterpolés liéairemet etre les quatre valeurs simulées). a raiso pour laquelle les valeurs simulées de la résistace de défaut e représetet pas ue divisio uiforme de la plage étudiée de - est que la probabilité d apparitio d u défaut dimiue avec l augmetatio de sa résistace. Pour chaque lieu du défaut ( { d: d} par exemple pour la première zoe), o somme tous les probabilités de succès de discrimiatio des défauts das la plage de résistace de défaut R {,} Ω. Si tous les défauts, pour u lieu de défaut doé, sot correctemet discrimiés, la somme sera (%). a probabilité de bo foctioemet d ue protectio pour ue zoe, (P zoe par exemple pour la zoe ) sera la moyee arithmétique de toutes les probabilités de succès de chaque lieu de défaut de cette zoe. Das la formule suivate, la variable p, est la probabilité d apparitio d u R défaut avec la résistace de défaut R au lieu de défaut. U défaut (caractérisé par R et ) qui a pas été correctemet discrimié a la variable attribuée : p. e coefficiet = R, est le ombre de lieux étudiés par zoe (soit 3 etre d et d par exemple das le cas de la zoe ). P d p R, = d R = = (III-8) zoe Il faut teir compte que les pourcetages sot motrés pour les défauts avec ue résistace etre et, ce qui représete % de tous les défauts résistifs, d après ue les valeurs motrées das la Figure III-. Nous présetos esuite les résultats e utilisat les quatre méthodes de discrimiatio qui reposet sur la détermiatio du coefficiet k. 3. aalyse du calcul reposat sur la partie imagiaire de l impédace Ue protectio reposat sur la partie imagiaire de l impédace est la plus simple à régler. e critère de discrimiatio est simple à gérer car il y a qu ue comparaiso etre la valeur calculée et le seuil (qui est costat pour tous les défauts, idépedat du lieu de défaut ou de la résistace de défaut). 3.. es résultats obteus avec la méthode Das ce paragraphe, ous motros les résultats obteus e utilisat la première méthode «par troço». Premièremet, ous motros les résultats obteus pour ue mise à la terre de j et pour l autre mise à la terre impédate de 4. Esuite, ous motros l applicabilité de la méthode sur des départs avec le eutre compesé.

110 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre de j es résultats obteus avec la première méthode, sur la protectio P (PS), sot motrés das la Figure III-.a. es valeurs obteues pour la protectio P (MR) sot présetées das la Figure III-.b. O rappelle que la méthode est appliquée sur le départ préseté das le chapitre II. a b Figure III- es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) es cercles rouges sot les valeurs attedues pour les défauts (les vraies distaces de défaut). O peut observer que les résultats pour les défauts fracs, e «x» bleu, ot ue petite erreur qui augmete avec la distace jusqu au défaut. Cette erreur est due à l hétérogééité du réseau. erreur d estimatio de la distace jusqu au défaut causée par la 3

111 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur résistace de défaut augmete aussi avec la distace jusqu au défaut. es défauts «vus» plus loi que le lieu réel (comme le défaut de e d3 qui est «vu» à km, dépassat le seuil de 7.7 km), sot discrimiés das ue des zoes suivates. Doc u défaut mal discrimié sera élimié plus tardivemet que écessaire, mais toujours par la protectio la plus proche. Nous rappelos que ous etedos par discrimiatio correcte que l o a bie trouvé la zoe e défaut et doc que la temporisatio est celle attedue. Nous allos motrer pour chaque mise à la terre les pourcetages des zoes et (si la protectio réglée est celle du PS) et de zoe (si la protectio réglée est celle du MR). Nous présetos aussi pour chaque cas la valeur de pourcetage pour toutes les zoes protégées (les trois zoes pour PS et les deux zoes pour MR). Nous rappelos que la derière zoe est toujours bie discrimiée car il y a plus de zoes e aval. es problè de discrimiatio pourrot apparaître sur les autres zoes. es pourcetages obteus sot la moyee des pourcetages calculés pour chaque zoe. Aexe 3 présete le détail de calculs. e pourcetage de discrimiatio correcte de la protectio au poste source est de 7, % pour les zoes et et de 8 % pour les zoes, et 3. e pourcetage de discrimiatio correcte de la protectio MR est de 86,5% pour sa zoe et de 94,9 % pour ses zoes et. Ces pourcetages serot comparés avec ceux des autres méthodes et les autres cas de mise à la terre das le Tableau III- préseté das la partie es raisos pour lesquelles la protectio MR discrimie mieux les défauts sot : d ue part qu il y a mois de zoes à protéger (5% de la zoe protégée est la zoe e aval de la protectio P 3 - qui est toujours discrimiée avec u succès de %) d autre part, la zoe comporte mois de troços (doc mois de variatios d impédaces liéiques). Par ailleurs, il y a plus de câbles e aval et doc les variatios d impédaces sot plus faibles. Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre de 4 es résultats obteus pour la mise à la terre de 4 figuret das l Aexe 4 (Figure A- 53.a, pour les valeurs du PS et la Figure A-53.b pour les valeurs du MR). es variatios observées pour le cas de la mise à la terre de j sot toujours valables. e pourcetage de discrimiatio correcte de la protectio PS est de 5,4 % pour les zoes et et de 68, % pour les zoes, et 3. a protectio MR discrimie les défauts avec u succès de 86,6 % pour la zoe et de 95 % pour les zoes et. es résultats e sot pas aussi bos que pour le cas de la mise à la terre de j. Ils peuvet être dus à la valeur plus importate de cette mise à la terre. 4

112 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Aalyse des résultats obteus pour le eutre compesé e courat de défaut est pas le même suivat les mises à la terre et o obtiet doc des performaces différetes de la même formule appliquée avec des courats de défaut différets. Comme il est préseté das le chapitre II, partie 3., cette impédace iterviet das les formules e rapport avec l impédace des coducteurs jusqu au défaut. Comme ous avos coclu das l aalyse électrotechique, la plage de variatio des gradeurs est dimiuée pour les impédaces de mise à la terre importates (par exemple das le cas de eutre compesé) et peut doc coduite à des résultats plus mauvais que les précédets. Nous présetos les résultats pour la mise à la terre par eutre compesé. es résultats sot motrés pour chaque valeur de mise à la terre e foctio de l accord (ou le désaccord) de la bobie de compesatio. e calcul de l impédace de eutre compesé est préseté das l Aexe 5. es réglages ot été faits pour chaque cas de eutre compesé : parfaitemet accordée (différece ulle etre le courat capacitif total du poste et le courat par la mise à la terre) mise à la terre 577 5j sur compesée (35A) mise à la terre j sous compesée (-35A) mise à la terre j Aalyse des résultats obteus pour le eutre parfaitemet accordé (mise à la terre 577 5j ) O commecera par le eutre parfaitemet accordé, voir la Figure III-3. a 5

113 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur b Figure III-3 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de 577 5j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) a faible variatio e foctio du lieu de défaut et la forte variatio e foctio de la résistace de défaut fait qu il est mal avisé d utiliser cette méthode pour les eutres compesés. e but d u eutre compesé est de limiter le courat de défaut lors d u défaut moophasé. es limitatios du courat de court-circuit fot que le défaut a u faible impact sur le réseau. Ce faible impact se traduit par des iterprétatios de la protectio comme u défaut loitai (car elle ure ue impédace plus importate). es discrimiatios avec succès e s élèvet plus qu à 7,6 % pour la protectio PS das les zoes et et à 46,3 % pour toutes les trois zoes et u peu plus pour la protectio MR soit 8. % et respectivemet 65,8 %. Aalyse des résultats obteus pour le eutre sur compesé (mise à la terre j ) Pour u eutre sur compesé, la Figure III-4.a motre les valeurs obteues avec la protectio PS et la Figure III-4.b celles obteues avec la protectio MS. 6

114 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA a b Figure III-4 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Avec u succès de discrimiatio de 3,5 % pour les zoes et et de 54,9 % pour les zoes, et 3 avec la protectio PS et ue meilleure performace (36,6 % pour la zoe et 7, % pour les zoes et ) avec la protectio MR, la méthode semble être mieux adaptée pour cette mise à la terre désaccordée. 7

115 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aalyse des résultats obteus pour le eutre sous compesé (mise à la terre j ) Efi, ous motros les valeurs calculées avec la protectio PS (Figure III-5.a) et la protectio MR (Figure III-5.b), pour le eutre sous compesé. a b Figure III-5 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) O observe que pour la protectio PS les défauts fracs sot discrimiés avec des valeurs calculées plus proches des valeurs attedues que pour les précédetes mises à la terre du eutre compesé. Par cotre, le pourcetage e s élève plus qu à % pour les deux premières zoes et plus qu à 4,8 % pour toutes les trois car la variatio de la distace 8

116 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA calculée e foctio de la résistace de défaut est trop forte par rapport à celle e foctio du lieu du défaut. Mais pour la protectio MR, la variatio e foctio de la résistace de défaut est iversée (o ure ue valeur plus petite que pour les défauts fracs). C est-àdire que la combiaiso des valeurs urées et le coefficiet choisi fot chager le sige de la distace calculée. a seule coclusio qui peut être tirée est que la méthode est pas adaptée pour les mises à la terre du eutre compesé. a formule de calcul, tout simplemet, e peut pas discrimier les défauts résistifs sur u réseau avec eutre compesé. Sythèse sur les résultats obteus avec la méthode a Figure III-6 sythétise les différets pourcetages de succès de discrimiatio obteus avec différetes impédaces de mise à la terre e utilisat la méthode. e cas de sous compesatio de la mise à la terre pour la protectio P est pas préseté car les résultats motret que la méthode est iutilisable pour ce cas. es succès de discrimiatio avec la méthode pourcetage [%], 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3,,,, j j impédace de mise à la terre[] j j PS MR PS MR Figure III-6 es valeurs de succès de discrimiatio e utilisat la méthode O observe facilemet que das tous les cas que la protectio MR discrimie mieux les défauts que la protectio PS. e cas de la mise à la terre de j, état la mise à la terre du réseau réel utilisé, est le plus correctemet discrimié. e temps de calcul écessaire pour la discrimiatio pour tous les lieux de défaut et résistaces de défaut (4 cas e total) est de,9 s. Doc, pour u défaut doé (u de ces 4 cas), le temps est de,5 ms. e calcul a été fait e utilisat l outil MATAB avec u processeur Itel Cetrio Duo à, GHz et ue mémoire vive de Go. Ces chiffres servet seulemet à comparer les temps écessaires pour chaque méthode et avoir ue illustratio de la complexité de chacue. 9

117 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 3.. es résultats obteus avec la méthode Cette méthode va doer de meilleurs résultats grâce aux seuils qui e sot plus imposés par les valeurs attedues mais par les valeurs obteues pour des défauts fracs qui ot eu lieu aux limites de zoes. Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre de j O commecera avec les résultats obteus pour ue mise à la terre de j (Figure III- 7). a b Figure III-7 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR)

118 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA es résultats de pourcetage de discrimiatio pour la protectio PS sot de 8, % pour les zoes et et de 88 % pour les zoes, et 3. Pour la protectio MR, o discrimie ecore mieux avec u succès de 88,6 % et respectivemet de 96, %. Si o regarde les valeurs de succès obteues avec la méthode, o observe ue amélioratio avec cette méthode. Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre de 4 Nous présetos esuite les résultats obteus pour la mise à la terre de 4 (voir das l Aexe 4 la Figure A-54.a, pour les valeurs du PS et la Figure A-54.b pour les valeurs du MR). O observe aussi pour cette mise à la terre ue amélioratio par rapport à la méthode précédete (55,8 % pour les deux premières zoes et 7,7 % pour toutes les zoes avec la protectio PS et 88,7 % respectivemet 96, % avec la protectio MR). Aalyse des résultats obteus pour le eutre parfaitemet accordé (mise à la terre 577 5j ) Fialemet, ous présetos les résultats pour la mise à la terre par eutre compesé. es résultats sot motrés pour chaque valeur de mise à la terre. a mise à la terre parfaitemet accordée coduit à des valeurs assez difficiles à discrimier comme o peut le costater das la Figure III-8.a pour la protectio PS et Figure III-8.b pour la protectio MS. a

119 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur b Figure III-8 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de 577 5j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Même si le succès est amélioré grâce aux choix de seuils, les valeurs e prouvet pas que cette méthode soit utilisable pour le eutre compesé. O a 9,7 % de succès sur les premières zoes et 47,6 % pour toutes les zoes avec la protectio PS et u peu plus de 33,3 % respectivemet 68,4 % avec la protectio MR. Aalyse des résultats obteus pour le eutre sur compesé (mise à la terre j ) Pour u eutre sur compesé, la Figure III-9.a motre les valeurs obteues avec la protectio PS et la Figure III-9.b celles obteues avec la protectio MR.

120 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA a b Figure III-9 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Das ce cas de mise à la terre, comme o a vu avec la méthode, o a des résultats améliorés comme pour le cas de mise à la terre précédet, mais ils e sot toujours pas satisfaisats. Des succès de 33,4 %, sur les zoes et et de 56,9 %, sur les trois zoes, caractériset les discrimiatios faites par la protectio PS. a protectio MR discrimie correctemet 37,6 % de défauts de la première zoe et 7,5 % de tous les défauts. 3

121 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aalyse des résultats obteus pour le eutre sous compesé (mise à la terre j ) es figures suivates présetet les valeurs calculées pour la protectio PS (Figure III-.a) et la protectio MR (Figure III-.b) das le cas de eutre sous compesé. a b Figure III- es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Cette mise à la terre pose toujours des problè sur les protectios déployées das le réseau avec u eutre compesé. es valeurs de succès de discrimiatio avec la protectio PS sot les plus faibles de tous les cas de mise à la terre, mais toujours plus grades qu avec la méthode pour la même mise à la terre (4,5 %, respectivemet 44, %). 4

122 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Sythèse sur les résultats obteus avec la méthode E coclusio, cette méthode e peut pas être utilisée pour les eutres compesés. Mais elle apporte de petites amélioratios quat à la discrimiatio par rapport à la méthode (surtout les succès obteus avec la PS), grâce aux choix de seuils. Das la Figure III-, ous présetos les valeurs de succès de discrimiatio correcte obteues avec différetes impédaces de mise à la terre e utilisat la méthode. es succès de discrimiatio avec la méthode pourcetage [%], 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3,,,, j j impédace de mise à la terre[] j j PS MR PS MR Figure III- es valeurs de succès de discrimiatio e utilisat la méthode Cette figure cofirme visuellemet la même tedace de discrimiatio formulée pour la méthode. es défauts sur u réseau avec l impédace de mise à la terre de j sot le plus correctemet discrimiés. e temps de calcul e utilisat cette méthode est comparable à celui de la méthode, voire plus petit. 5

123 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 3..3 es résultats obteus avec la méthode 3 Cette méthode apporte ue autre maière de choisir le coefficiet k afi de discrimier plus exactemet les défauts : l optimisatio de ce coefficiet. Afi d être sûr que le coefficiet est trouvé sur le plus grad domaie possible, ous avos utilisé u domaie de 5 valeurs parcouru avec u pas de 5. C est la taille maximale permise par le logiciel Matlab pour cette logique e utilisat la méthode 3. Das l Aexe 6, ous motros u exemple de résultats obteus après ue simulatio pour ue mise à la terre traitée avec la méthode 3. Tous les autres résultats, pourcetages et les coefficiets k trouvés sot présetés das u tableau das l Aexe 7. Das cette aexe, les résultats sot comparés avec ceux obteus e utilisat la méthode 4. Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre j es résultats pour la mise à la terre de j sot présetés das la Figure III-. a b Figure III- es valeurs obteues par la méthode 3, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) 6

124 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Tout d abord, état doé que le coefficiet k peut varier das le pla complexe, la gradeur calculée pourra varier das le pla complexe. C est pourquoi il peut arriver que l o obtiee des parties réelles et/ou imagiaires égatives. Par ailleurs, o observe ue grade amélioratio par rapport aux méthodes précédetes. es succès de discrimiatio s élèvet à 86,7 % pour les zoes et et 9,3 % pour les zoes, et 3 avec la protectio PS. a protectio MR a u succès de discrimiatio de 88,6 % pour la zoe et de 96, % pour les zoes et. Das ce cas, le coefficiet trouvé doe des valeurs calculées égatives. D u poit de vue physique, les «impédaces» calculées égatives ot pas de cohérece, mais mathématiquemet, il est possible d utiliser des valeurs, des seuils et des variatios avec des mootoies iversées. Suivat le coefficiet reteu à l issue de l optimisatio, les parties imagiaires des impédaces calculées peuvet être égatives (et doc les seuils de discrimiatio aussi). Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre 4 Nous présetos maiteat les résultats obteus pour la mise à la terre de 4 (voir das l Aexe 4 la Figure A-55.a, pour les valeurs de la protectio PS et la Figure A-55.b pour les valeurs de la protectio MR). es défauts serot discrimiés avec u succès de 86,6 %, respectivemet de 9, % avec la protectio PS et de 9,6 % pour la zoe, respectivemet de 97 % avec la protectio MR. Il y a toujours ue tedace à discrimier avec mois de succès pour ue mise à la terre de 4 que pour ue mise à la terre de j. Aalyse des résultats obteus pour le eutre parfaitemet accordé (mise à la terre 577 5j ) Efi, ous présetos les résultats pour la mise à la terre par eutre compesé. es résultats sot motrés pour chaque valeur de mise à la terre. Comme pour les autres méthodes, ous commeços avec le cas de mise à la terre du eutre parfaitemet accordée, comme il est motré das la Figure III-3. 7

125 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a b Figure III-3 es valeurs obteues par la méthode 3, avec ue mise à la terre de 577 5j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) es zoes e défaut avec eutre compesé sot mieux discrimiées avec cette méthode qu avec les précédetes. e succès est de 66,4 % pour les zoes et et de 78,8 % pour les zoes, et 3 avec la protectio PS et de 58,3 % pour la zoe et de 8 % pour les zoes et avec la protectio MR. Ces résultats motret que cette méthode est plus appropriée que les autres pour le eutre compesé (das le cas parfaitemet accordé). Aalyse des résultats obteus pour le eutre sur compesé (mise à la terre j ) es résultats, présetés das la Figure III-4, cofirmet les costatatios aocées pour le cas sur compesé de j. 8

126 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA a b Figure III-4 es valeurs obteues par la méthode 3, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) O observe ue dimiutio du succès pour cette mise à la terre par rapport au cas parfaitemet accordé au iveau de la protectio PS. es valeurs arrivet à ue performace de 58,6 % pour les deux premières zoes et vers 73,6 % pour les trois zoes. Par cotre, la protectio MR est capable de discrimier plus correctemet que pour le cas accordé : avec u succès de 65, % pour la zoe et de 84,4 % pour les zoes et. Aalyse des résultats obteus pour le eutre sous compesé (mise à la terre j ) Mais la méthode est pas assez exacte das tous les cas. a Figure III-5 motre les performaces atteites par la méthode proposée das le cas de la mise à la terre sous compesé. Cotrairemet aux autres méthodes ( et ), cette méthode foctioe avec la mise à la terre sous compesé même si le pourcetage de discrimiatio correcte est faible. 9

127 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a b Figure III-5 es valeurs obteues par la méthode 3, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Pour la protectio PS, la méthode s est avérée icapable de garatir ue boe discrimiatio pour cette mise à la terre. a protectio e tête de départ a réussi das seulemet 4,8 % des cas pour les zoes et et 44,4 % pour l esemble des zoes. C est le plus faible succès pour les eutres compesés et pour la méthode 3. Mais, par cotre, la protectio MR a trouvé correctemet les positios pour la plupart des défauts : 75,3 % pour la zoe et 89,3 % pour les zoes et. C est le seul cas qui a des valeurs de succès assez différetes etre celles obteues par la protectio PS et celles de la protectio MR. Sythèse sur les résultats obteus avec la méthode 3 a Figure III-6 présete les valeurs de succès de discrimiatio correcte obteues pour différetes impédaces de mise à la terre e utilisat la méthode 3.

128 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA es succès de discrimiatio avec la méthode 3 pourcetage [%], 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3,,,, j j impédace de mise à la terre[] j j PS MR MR PS Figure III-6 es valeurs de succès de discrimiatio e utilisat la méthode 3 E coclusio, parmi les trois méthodes, la troisième, «k optimisé» est la seule méthode utilisable pour la mise à la terre compesée. icovéiet est cepedat motré pour le derier cas de mise à la terre étudié, le sou compesé pour lequel la discrimiatio est correcte seulemet das 45 % des défauts. O rappelle que le calcul de réglage a été fait pour chaque impédace de mise à la terre. Doc chaque cas a ses propres seuils et coefficiets k optimisés selo la mise à la terre du départ étudié. Ceci sigifie qu u réglage fait pour ue valeur doée de l accord e sera pas valable pour ue autre valeur de l accord Coclusio partielle sur les trois méthodes avec des seuils costats es trois méthodes que ous avos décrites utiliset des seuils reposat sur la partie imagiaire de l impédace calculée. Ces seuils ot par ailleurs été fixés pour des défauts fracs. e tableau suivat résume les performaces des plas de protectio suivat les méthodes présetées das la partie précédete. Tableau III- es pourcetages de discrimiatios correctes méthode 3 protectio PS MR PS MR PS MR zoes et,et 3 et et,et 3 et et,et 3 et j 7, 8, 86,5 94,9 8, 88, 88,6 96, 86,7 9,3 88,6 96, 4 5,4 68, 86,6 95, 55,8 7,7 88,7 96, 86,6 9, 9,6 97, 577 5j 7,6 46,3 8, 65,8 9,7 47,6 33,3 68,4 66,4 78,8 58,3 8, j 3,5 54,9 36,6 7, 33,4 56,8 37,6 7,5 58,6 73,6 65, 84, j, 4, ,5 44, - - 4,8 44,4 75,3 89,3

129 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Das la Figure III-7, ous avos choisi de motrer la comparaiso pour les défauts discrimiés sur u réseau avec l impédace de mise à la terre de j pour les trois méthodes mises e œuvre., 9, 8, pourcetage[%] 7, 6, 5, 4, 3,,,, 3 PS MR PS MR méthode Figure III-7 es valeurs de succès de discrimiatio pour la mise à la terre de j e utilisat les trois premières méthodes O remarque que la méthode 3 assure u pourcetage plus élevé de discrimiatio correcte que les deux premières méthodes, pour la mise à la terre de j. e gai le plus sigificatif est observé sur les pourcetages de discrimiatio correcte de la protectio PS car elle a plus de zoes à secourir et la discrimiatio est alors plus difficile à assurer. Ce cas de j est le mieux discrimié par les trois méthodes. es autres cas de mise à la terre motret des différeces plus grades etre les discrimiatios correctes faites avec les trois méthodes. Das l Aexe 8, ous présetos les comparaisos etre les méthodes faites pour tous les cas d impédace de mise à la terre. a méthode est appliquée sur u réseau avec ue impédace de mise à la terre de 4. Elle coduit à des résultats similaires à ceux présetés das la figure précédete. es réseaux avec le eutre compesé sot protégés avec ue performace plus élevée e utilisat la méthode 3, (Tableau III-). Par rapport aux méthodes et, la troisième méthode discrimie plus les défauts das leurs zoes et doc avec la temporisatio optimale. Nous allos maiteat illustrer u problème ihéret au mode de réglage de protectios que ous avos choisi. Nous présetos esuite les résultats obteus avec la méthode 4 (méthode proposée sur la base de la méthode 3 pour résoudre ce problème et augmeter aisi les performaces du pla de protectio proposé).

130 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA 3..5 Possibilité d avoir des doubles déclechemets pour u défaut hétérogééité du réseau de distributio pose toujours des problè pour les réglages des protectios. e problème de déclechemet double peut apparaître quad u défaut se trouve après au mois deux protectios mais avat la derière (Figure III-8). Pour avoir cette situatio, il faut qu au mois deux protectios détectet le défaut das leur deuxième zoe. U défaut e peut pas causer de déclechemet double s il se trouve après la derière protectio car la derière protectio a qu ue seule zoe de temporisatio. Par la coceptio des seuils et le choix des coefficiets k (méthode 3), il y a aucue possibilité qu u défaut soit discrimié das ue zoe plus proche que la zoe réelle ; u défaut peut seulemet être perçu das ue zoe plus éloigée. E fait, la mauvaise iterprétatio de la zoe de défaut coduisat au déclechemet double proviet d ue valeur calculée pour ce défaut qui est à la limite des seuils pour deux protectios cosécutives. Das le cas étudié, seuls les défauts etre P (MR) et P 3 (FR), c est-à-dire etre les positios de défaut d et d3 (voir la Figure III-8), peuvet produire u déclechemet double pour les deux premières protectios. Cette positio du défaut correspod à la deuxième zoe de protectio de la protectio P et à la première zoe de protectio de la protectio P. Das le réseau que ous aalysos, pour chaque lieu de défaut (de d à d34 soit lieux étudiés), il y a défauts pour chaque résistace du défaut (das [ :] ). Etre les protectios MR et FR, il y a, doc, 3 lieux de défauts (4 lieux sot simulés avec ATP :,, 3 et 3, les autres valeurs sot iterpolées). Nous avos oté les valeurs des défauts iterpolées e utilisat des ombres fractioaires (subdivisios des ombres correspodat aux valeurs simulées).,5,5 3 3,5 P =PS P =MR P 3 =FR R Figure III-8 es lieux de défauts qui peuvet poser des problè de déclechemet double Pour déclecher e même temps, les deux protectios doivet discrimier ce défaut das des zoes coduisat au déclechemet avec la même temporisatio. Pour ce faire, le défaut sera discrimié das leur deuxième zoe par les deux protectios. Pour illustrer ce problème, ous avos choisi la méthode et la mise à la terre qui produiset le plus de situatios de doubles déclechemets c est-à-dire la méthode 3 pour ue mise à la terre malt =577 45j. a protectio P va voir u tel défaut das sa deuxième zoe 3

131 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur (correctemet), voir les poit bleus das la Figure III-9,a. Das cette figure, les poits bleus représetet le lieu du défaut (e abscisse) et sa résistace (e ordoée) qui ot été discrimiés par la protectio P das sa deuxième zoe. a protectio P peut voir le défaut das sa deuxième zoe (c est-à-dire plus loi qu e réalité). Ces cas sot représetés par les poits verts das la Figure III-9,b. Das cette figure, ous présetos les défauts (lieu d occurrece e abscisse et résistace e ordoée) qui ot été discrimiés par la protectio P das sa deuxième zoe. es figures suivates motret les défauts etre d et d3 avec ue résistace de défaut etre et. es résultats ot été calculés sur les valeurs iterpolées e utilisat les valeurs simulées (pour les lieux de défaut :,, 3 et 3 et pour les résistaces de défaut,, 5 et Ohm). a b Figure III-9 Exemple des défauts etre d et d3 discrimiés das leur deuxième zoe par : a - P ; b - P 4

132 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Das la Figure III-3, ous présetos le cas le plus problématique. es cercles rouges correspodet aux défauts qui ot été élimiés e t t par P et P (déclechemet double). Cette figure correspod à la superpositio des deux figures précédetes et motre pour quels défauts (lieu et résistace) les protectios déclechet e même temps et e coupat plus de cosommateurs/ged que écessaire. Figure III-3 Exemple de doubles déclechemets, méthode 3, malt=577 45j es cas qui comportet des doubles déclechemets sot présetés das le Tableau III-. Il faut teir compte du fait que l o cosidère uiquemet u tiers du réseau (d-d3) qui peut potetiellemet coduire à des doubles déclechemets. Des résultats obteus, o peut coclure que seulemet das le cas avec la mise à la terre de j, il existe quelques défauts (55 positios de défaut et de résistaces de défaut) pour lesquels u déclechemet double se produira. e cas avec la mise à la terre de type eutre compesé accordé et celui avec j comportet peu de cas (respectivemet 6 et ). es autres cas e présetet aucue situatio de déclechemet double. Das l Aexe 9, tous les résultats sot présetés. 5

133 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Tableau III- es défauts élimiés par P et P e même temps Pour le malt =577 j45 Pour le malt =577 j5 Pour le malt=j ieu de ieu de ieu de R[] R[] défaut défaut défaut R[], ,9 9, ,, , ,3 8 3, 3 6 3, 4 3,3 8 3,4 5 3,5 9 3,6 7 3, , ,9 4 a cause d ue iterprétatio différete par ces deux protectios pour u défaut doé viet du fait que les coefficiets k sot optimisés pour chaque protectio et sot doc différets. Il est ormal d avoir des coefficiets différets car les troços protégés par les deux protectios ot des caractéristiques différetes. Chaque coefficiet k impose ue limite de discrimiatio des zoes de défaut (liée à la valeur calculée au-dessus laquelle la protectio discrimie le défaut das la zoe suivate). Par coséquet, le déclechemet double se produira si cette limite imposée par le k, optimisé pour la première protectio, (représetée e bleu das la Figure III-3) représete des défauts plus loitais ou plus résistifs que ceux discrimiés avec le coefficiet k optimisé pour la deuxième protectio (représetée e vert das la même figure). Par coséquet, le problème est lié au choix des frotières des zoes. Pour réduire les situatios comme celles-ci, ous avos dimiué les limites des zoes défiies par les seuils (méthode 4) et ous avos doc élimié les doubles déclechemets. e temps de calcul de cette méthode est légèremet plus grad que par rapport à celui écessaire pour les méthodes et. Il faut metioer que le temps de simulatio varie e foctio de la taille du domaie étudie et du pas de parcours de ce domaie et du ombre maximum d itératios admis. Pour u régime de eutre et ue cofiguratio de réseau doée, le choix du coefficiet et des seuils a besoi d u temps de simulatio d ue miute. 3.3 es résultats obteus avec la méthode 4 Das ce paragraphe, ous motros les résultats obteus avec les seuils e deux dimesios e utilisat la méthode 4 et les ouvelles délimitatios de zoes des protectios. Comme das les paragraphes précédets, ous motros ces résultats suivat les différetes impédaces de mise à la terre. es valeurs des coefficiets et les pourcetages de discrimiatio correcte sot présetés das l Aexe 7. 6

134 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre j e premier cas préseté est pour ue mise à la terre impédate de j, Figure III-3. a b Figure III-3 es valeurs obteues pour la méthode 4, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) es figures motret que les impédaces calculées avec les coefficiets trouvés e sot pas compatibles avec des seuils fixes (c est-à-dire horizotaux). O a doc gagé sur la plage de recherche des coefficiets. Même si il y a des coefficiets pour lesquels les valeurs calculées sot positioées de maière très dispersée das le pla complexe, o observe que les coefficiets trouvés doet des valeurs calculées plus «aligées». De ce fait, la probabilité de discrimiatio correcte est parfaite ( % pour les deux protectios). 7

135 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aalyse des résultats obteus pour la mise à la terre 4 Nous présetos esuite les résultats obteus pour la mise à la terre de 4 (voir la Figure III-3.a, pour les valeurs de la protectio PS et la Figure III-3.b pour les valeurs de la protectio MR). a b Figure III-3 es valeurs obteues pour la méthode 4, avec ue mise à la terre de 4, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) es coefficiets k trouvés sot proches pour ces deux cas. Ce cas ayat ue mise à la terre impédate (comme le cas précédet), les valeurs calculées sot positioées de la même maière que le cas précédet. C est-à-dire que pour les deux cas de mise à la terre, les valeurs calculées avec la protectio PS se trouvet das le premier quadrat du pla complexe et celles calculées avec le protectio MR se trouvet das le quadrat 3. es siges des petes de droites et les directios des variatios (e foctio du lieu du défaut et de la résistace du défaut) se correspodet aussi etre les deux cas de mise à la terre cosidérés. es pourcetages de discrimiatio correcte restet toujours à % pour les deux protectios. 8

136 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA Aalyse des résultats obteus pour le eutre parfaitemet accordé (mise à la terre 577 5j ) Nous présetos les résultats pour la mise à la terre par eutre compesé. es résultats sot motrés pour chaque valeur de mise à la terre. Chaque mise à la terre a ses propres réglages. a Figure III-33 motre les résultats obteus pour l impédace de mise à la terre de (eutre compesé accordé) avec cette méthode 4 e utilisat les seuils e deux dimesios. a b Figure III-33 es valeurs obteues pour la méthode 4, avec ue mise à la terre de 577 5j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) O peut voir des évolutios des valeurs autres que das les cas précédets. es coefficiets des droites de seuil sot très différets de ceux des cas précédets. a protectio PS a pas réussi à discrimier parfaitemet tous les défauts, mais elle affiche u pourcetage de 99.8 % de discrimiatio correcte. a protectio MR reste à % de succès de discrimiatio correcte. 9

137 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aalyse des résultats obteus pour le eutre sur compesé (mise à la terre j ) Esuite, ous présetos das la Figure III-34 les résultats obteus pour le eutre sur compesé de j. a b Figure III-34 es valeurs obteues pour la méthode 4, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) a protectio PS discrimie correctemet 99. % des défauts. Ce pourcetage est le plus faible parmi tous ceux obteus e utilisat la méthode 4. a protectio MR discrimie correctemet toujours % des défauts. Aalyse des résultats obteus pour le eutre sous compesé (mise à la terre j ) es résultats pour l impédace de mise à la terre, de j (eutre sous compesé) sot présetés das la Figure III-35. O observe des valeurs mois dispersées pour ce cas. Ceci peut potetiellemet egedrer des problè de mauvais foctioemet du pla de protectio e cas d isertio de GED ou d erreurs de ure. 3

138 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA a b Figure III-35 es valeurs obteues pour la méthode 4, avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) Tous les défauts qui se produiset sur u réseau avec le eutre sous compesé serot correctemet discrimiés e utilisat cette méthode 4. Pour cette mise à la terre, la méthode 4 apporte ue précisio de discrimiatio plus importate par rapport à la méthode 3. a méthode 3 discrimie 44,4% par la protectio PS et 89,35% par MR, tadis que la méthode 4 discrimie correctemet % par les deux protectios. Sythèse sur les résultats obteus avec la méthode 4 E coclusio, tous les cas d impédace de mise à la terre ot été correctemet discrimiés avec u succès proche de %. a méthode e pose plus de problè de recherche du coefficiet k car, par rapport à la méthode 3, le domaie de recherche est plus vaste et les seuils sous forme de droite sot plus robustes aux variatios de la résistace de défaut. e temps de simulatio est u icovéiet car la méthode est plus complexe avec les 3

139 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur derières modificatios apportées. Avec cette méthode de seuils das le pla complexe, des résultats améliorés ot été obteus. De plus, seuls les cas de eutre parfaitemet accordé et sur compesé ot besoi de plusieurs itératios pour trouver le coefficiet et les seuils pour la protectio PS. algorithme a fouri u coefficiet et des seuils qui assuret % de discrimiatio correcte dés la première itératio pour les autres cas de mise à la terre, pour la protectio PS et tous les cas pour la protectio MR. O rappelle qu avec la méthode 3, l algorithme, même après 5 itératios de «griddig» successif (le maximum que ous avos imposé), a pas obteu de telles performaces. es réductios de la taille du domaie et du ombre d itératios ot dimiué cosidérablemet le temps de simulatios de quelques cetaies d heures à quelques heures (9h). O rappelle que la méthode 4, comme la méthode 3, est utilisée pour trouver le coefficiet et ces seuils ue seule fois par cofiguratio du départ. a protectio écessite mois de temps de calcul que la méthode. E effet la protectio calcule l impédace avec le coefficiet et le compare avec ces seuils afi de temporiser le déclechemet. 4 Coclusios et perspectives Nous avos proposé quelques logiques de protectio qui reposet sur deux étapes, la détectio d'u défaut das le départ et la discrimiatio de la zoe e défaut. Das ce chapitre, ous avos traité la partie de discrimiatio. Suite aux résultats précédets, ous avos amélioré la méthode iitiale issue d ue protectio de distace par ue deuxième qui apporte u peu plus de précisio de discrimiatio. Mais i cette deuxième méthode i la première e sot capables de discrimier les zoes correctemet pour les réseaux avec eutre compesé. Ue troisième méthode a été proposée. Elle e calcule plus ue impédace facilemet comparable à celle das le départ mais elle est capable de discrimier correctemet des défauts pour des réseaux avec eutre compesé, das u espace mathématique «abstrait». es résultats ot été ecourageats pour tous les cas étudiés. Ue derière amélioratio de la méthode 3 a été proposée das la méthode 4 au iveau de la détermiatio des seuils. es seuils sot maiteat créés e deux dimesios das le pla complexe et sot appliqués sur des zoes ispirées de la protectio de trasport. Ils ot apporté beaucoup de précisio de discrimiatio. es résultats motret des succès de discrimiatio correcte d eviro % pour tous les cas étudiés. Avec ces réglages, o peut régler les protectios avec leurs propres seuils et coefficiets k sas qu il soit écessaire d itroduire aussi les impédaces et logueurs de tous les troços du réseau comme das les méthodes précédetes. 3

140 Chapitre III : Méthodes reposat sur le calcul de l impédace pour discrimier les défauts moophasés das les réseaux HTA E perspective, ous proposos de vérifier la robustesse de la méthode sur le eutre compesé, e détermiat les seuils et le coefficiet avec la méthode présetée pour le cas accordé et quatifier les résultats obteus avec ces seuils et ce coefficiet pour les cas désaccordés. Esuite, il faut regarder les impacts de la GED sur les ures et ses coséqueces sur les gradeurs calculées par les protectios. 33

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142 CHAPITRE IV. VERIFICATION DE A ROBUSTESSE ET DE A PORTABIITE DU PAN DE PROTECTION

143 Sommaire du chapitre IV Itroductio...37 Aalyse de la robustesse du pla de protectio Positioemet du GED das le réseau Résultats obteus avec GED Effet de la GED sur la temporisatio Variatio de l impédace calculée Résultats obteus pour les différetes impédaces de mise à la terre Propositio de pla de protectio qui pred e compte de l apport des GED Coclusios partielles sur l ifluece de la GED sur la précisio de discrimiatio Vérificatio de la portabilité de la méthode sur u réseau urbai Réseau urbai d étude Réseau étudié sas GED - réglages Résultats obteus pour le cas sas GED Coclusios sur les réglages trouvés pour le cas urbai sas GED Réseau étudié avec GED vérificatio de la robustesse Résultats obteus avec GED Coclusio sur les résultats obteus avec GED Coclusios sur la robustesse et ifluece de la GED sur le pla de protectio...64

144 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio Itroductio Das ce chapitre, ous aalysos la robustesse et la portabilité du pla de protectio proposé das le chapitre III. Nous étudieros seulemet la quatrième méthode qui utilise le coefficiet k optimisé préalablemet. Nous rappelos que les seuils utilisés pour la discrimiatio sot des droites das le pla complexe et qu ils délimitet des zoes dot le recouvremet est réduit (de %) afi d éviter les doubles déclechemets. Premièremet, ous présetos l aalyse de la robustesse des réglages du pla de protectio développé. Das cette partie, ous regardos les effets de la présece d ue GED sur la discrimiatio des zoes e défaut. a robustesse de la méthode est écessaire car les réseaux du futur accueillerot de plus e plus de GED. Deuxièmemet, ous aalysos la portabilité de la méthode proposée sur u réseau avec des caractéristiques différetes (u réseau urbai). Cette aalyse est importate afi de prouver que la logique du pla de protectio devrait être gééralisable à tout type de réseau HTA. Aalyse de la robustesse du pla de protectio a robustesse d u pla de protectio est défiie par le maitie de so foctioemet correct lors de variatios des caractéristiques pour lesquelles il a été réglé. a variatio la plus etachée d icertitude est apportée par la présece de Géératio d Eergie Distribuée (GED) car cette derière peut se révéler très imprévisible. a puissace apportée par les GED peut être variable, surtout pour les uités à base d éergies reouvelables istallées sur des départs du réseau de distributio moyee tesio (HTA). es cogéératios coaisset mois de variatios de productio. e problème est, e effet, l apport du courat des uités de productio qui chage la répartitio des courats sur le départ. Das otre cas, l effet le plus importat à predre e compte est celui des apports de puissaces de court-circuit de la source ou de la (ou des) GED sur le courat de défaut. Das la suite, ous expliqueros le choix de la positio de la GED.. Positioemet du GED das le réseau Nous rappelos que la présece de la GED peut produire quelques situatios perturbates pour les protectios. Ces situatios sot présetées das le chapitre I. O rappelle que les deux problè sot les aveuglemets des protectios (Figure IV-) et les déclechemets itempestifs. Grâce à la directioalité istallée, les déclechemets itempestifs e doivet pas exister. 37

145 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Source EDF HTA PS I cc PS GED I cc GED I cc GED a Source EDF HTA PS I cc GED GED I cc PS GED I cc b Figure IV- Effets possibles à cause d u GED lors d u défaut : a sur u autre départ ; b e amot de la GED ; c e aval de la GED es GED avec ue iterface à base d électroique de puissace sot limitées e apport de courat de court-circuit (par exemple etre % et % du courat omial). Doc les problè présetés ci-dessus e sot valables que pour les uités qui ot u raccordemet direct au réseau. Das la suite du chapitre, ous étudieros le cas des GED sas limitatio de courat, car elles apportet des surplus de courats de défaut qui peuvet être préjudiciables par rapport aux réglages des protectios faits e absece de GED. a présece de la GED perturbe doc le foctioemet de la protectio, du fait que leur coexio au réseau est icoue de la protectio et à cause de leur ijectio imprévisible e foctioemet sai. es réglages obteus pour le cas sas GED doivet être capables de discrimier correctemet même e présece de GED. eur présece e sera pas facile à détecter par les protectios sas commuicatio avec les moyes de productio e temps réel. Doc la caractéristique la plus perturbate d ue GED est sa taille, traduite e apport de courat de défaut. a positio choisie pour la GED sur u départ avec trois protectios déployées est etre les deux derières protectios (côté protectio P ). a raiso est que c est là qu elle apporte le plus de problè par rapport au ses et gradeur de courat lors d u défaut (Figure IV- b). Cette positio peut, suivat la localisatio du défaut et suite à ue mauvaise coordiatio du pla de protectio, ameer le réseau à subir des déclechemets itempestifs ou des aveuglemets. a positio e aval d ue protectio permet d avoir u courat de court-circuit qui peut être détecté par cette protectio lors d u défaut juste e amot de la protectio. a petite distace etre la GED et le défaut (petite impédace de lige et doc courat de courtcircuit importat) représete la situatio la plus difficile pour la protectio qui se trouve etre la GED et le défaut. Nous avos choisi de placer la GED e amot de la protectio P 3 pour vérifier aussi si les protectios e aval des GED sot perturbées par leur présece. a seule 38

146 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio difficulté pour la protectio P 3 sera l augmetatio de la tesio sur la fi de la lige à cause de la GED (par rapport aux tesios de réglage des protectios). Par la suite, ous présetos les résultats obteus pour les différets réglages des protectios avec la GED.. Résultats obteus avec GED ors d u défaut moophasé, la GED coectée au travers d u trasformateur (couplage e étoile sur le primaire et e triagle sur le côté HTA) apporte pas de composates homopolaires mais la composate iverse est présete car il y a u déséquilibre. ors du déséquilibre, la composate iverse est trasmise au travers du trasformateur. Doc il existe u courat de court-circuit combiaiso de composates directe et iverse apporté par la GED lors d u défaut moophasé, ceci malgré le couplage choisi. es valeurs des tesios et des courats sot alors différetes des celles utilisées pour le réglage des protectios. es réglages des protectios dimiuet leurs performaces de discrimiatio e foctio de la taille de la GED. Nous avos étudié le cas d ue GED avec u apport de puissace de court-circuit de,5 MVA. e choix est fait par rapport aux caractéristiques du réseau d étude (e foctio de la puissace de court-circuit du départ, de la puissace des charges et de l hétérogééité des coducteurs)... Effet de la GED sur la temporisatio Nous présetos l effet de la présece d ue GED sur la temporisatio. étude a été faite pour la mise à la terre de j. apport de puissace par la GED fait augmeter la valeur de la tesio et fait dimiuer le courat ijecté par le poste source. E théorie, pour u défaut doé (lieu et résistace de défaut fixés), u courat plus faible et ue tesio plus importate sot iterprétées par la protectio comme correspodat à u défaut plus éloigé ou plus résistif. Mais ce raisoemet est vrai seulemet das les mê coditios d alimetatio du défaut (c est-à-dire par la même source, par exemple le poste source). Mais la présece de la GED fait chager les valeurs de courat et tesio même e absece du défaut. aalyse des valeurs, présetée par la suite, est faite avec les ures de la protectio PS. Par exemple, e foctioemet ormal, l amplitude du courat de la phase est de 3,83 A e absece de la GED et de 97,66 A e présece de la GED. Nous avos choisi, pour cette comparaiso, le défaut pour lequel les gradeurs urées par la protectio PS sot le plus affectées par la présece de la GED. ors d u défaut de e d3 (Figure IV-), le courat de phase est plus petit de 6,6 A et la tesio composée est plus grade de 4,74 V das le cas avec GED par rapport au cas sas GED. Das le Tableau IV-, ous présetos les gradeurs (tesio, courat et impédace calculée) e foctio de la présece de la GED. Nous étudios aussi les valeurs pedat le 39

147 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur foctioemet ormal, car lors d u défaut, la GED apporte (e plus que so apport e foctioemet ormal, GED I ) pricipalemet ue composate iverse (qui est mois importate que la composate directe du courat fouri par la GED soit légèremet plus grad que GED I ). Par la suite, ous aalysos la variatio des gradeurs obteues pour deux défauts qui ot lieu à des positios différetes (avec la même résistace de défaut). Nous étudios aussi la variatio produite par la résistace de défaut (comparaiso etre deux défauts de résistaces différetes qui ot eu lieu à la même positio). es scéarios aalysés sot les suivats : foctioemet ormal, sas défaut ; défaut e amot de la limite de la zoe de la protectio PS (d) avec la R déf = ; défaut e amot de la limite de la zoe de la protectio PS (d) avec la R déf =5 ; défaut e aval de la limite de la zoe de la protectio PS (d3) avec la R déf = ; Il faut teir compte que l impédace est calculée e utilisat u coefficiet k optimisé. a variatio de l impédace est pas garatie pour d autres coefficiets car les valeurs des impédaces calculées dépedet de la valeur du coefficiet choisi. e cas préseté est cepedat le plus cotraigat de otre étude car certais défauts serot «vus» comme plus proches. O rappelle qu u défaut vu plus proche peut produire des doubles déclechemets (zoe isolée plus grade). Tableau IV- Exemple de variatios des gradeurs suivat la présece de la GED sas GED lors d u défaut Gradeur ormal R déf = R déf =5 R déf = déf =d déf =d déf =d3 V,83,5,98,5 [kv] 5,4i 5,i 5,4i 5,i V -,5,6,8,5 [V],3i -,7i -,89i -,6i V -,788 -,667 -,79 [kv] i -,474i -,39i -,457i,76 9,334 8,443 9,334 V A [kv] 5,4i 3,543i,53i 3,557i I 3,78 33,94 55,9 33,7 [A] 45,4i 3,57i,7i 3,35i I -,5 5,5 8,86 [A] 9,7,6i -,4i 6,3i 7,39i I 3,46 [A] i 3,65 8,38i 53,8 7,8i 8,5i 3,73 93,68 6,75 93, I A [A] -4,5i 9,56i 5,87i 8,89i calc -,973 -,46 -,975 [] - -,88i -,47i -,896 ormal,9 5,68i -,5,3 i,8 5,6i 97,66-3,34i -,48 -,4i i 97,6-3,35i - avec GED lors d u défaut R déf = R déf =5 R déf = déf =d déf =d déf =d3,3,7, 5,53i 5,77i 5,53i,6,,6 -,99i -,77i -,98i -,786 -,665 -,785 -,484i -,34i -,47i 9,344 8,453 9,34 3,564i,559i 3,585i 5,74 46,39 5,53 4,74i 3,97i 4,53i 7,7,64i 47,74 6,89 6,87i 7,43i 3,74 54,6 3,54 8,53i 7,56i 8,9i 83,59 48,7 8,96,9i 8,39i,7i -,973 -,468 -,9749 -,88i -,474i -,8955i 4

148 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio a variatio de toutes les gradeurs est pas uiforme pour les parties réelle et imagiaire. a phase du courat et celle de la tesio variet aussi lors de la présece de la GED. e déphasage etre la tesio et le courat varie (augmete). es tesios directes et celle de phase augmetet das le cas avec GED par rapport à celui sas GED. es variatios suivates sot valables pour les deux cas (avec et sas GED). a tesio de la phase augmete avec l éloigemet du lieu de défaut. a tedace de dimiutio de la tesio pour les défauts mois résistifs est vérifiée par ces résultats. O observe que les courats suivet les tedaces attedues (de dimiutio par rapport à la valeur pour u défaut de référece, das les cas suivats : défaut avec l apport de la GED, u défaut plus loi ou u défaut plus résistif). Toutes ces vérificatios cofirmet la cohérece des variatios. Par cotre, l impédace calculée déped du coefficiet k, optimisé. es parties réelle et imagiaire de l impédace calculée peuvet alors dimiuer pour certaies valeurs du coefficiet k, ou elles peuvet augmeter pour d autres valeurs. Pour le coefficiet k utilisé das ce cas, l impédace calculée dimiue e parties réelle et imagiaire. a Figure IV- motre les effets de la GED sur les valeurs de l impédace calculée pour le coefficiet k optimisé sas GED. Comme il a été préseté das le Tableau IV- et la Figure IV-, u défaut doé (lieu et résistace fixés) peut être «vu» plus proche lors de la présece de la GED pour certais coefficiets k. Das la figure suivate, ous avos préseté les défauts de pour les lieux de défaut d et d3 (séparés par le seuil ) avec (e rouge) et sas (e bleu) la présece de GED. e défaut d3, illustré avec le sige, est plus proche du seuil das le cas avec GED. C est pourquoi les défauts e aval de la limite de la zoe protégée peuvet être discrimiés comme état e amot et alors élimiés plus précocemet. a Figure IV- présete le cas où le défaut d est vu plus proche, doc avec u risque potetiel de double déclechemet de la protectio amot. Néamois das le cas préseté, l impédace calculée pour le défaut d e dépasse pas le seuil. Figure IV- es effets de la présece de la GED sur la discrimiatio de défauts 4

149 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur E foctio de la taille de la GED, de l impédace de la mise à la terre (qui augmete cet impact de la GED) et de so impact sur le déphasage etre tesio et courat, o s atted à des discrimiatios plus précoces et doc à des doubles déclechemets possibles... Variatio de l impédace calculée Pour chaque mise à la terre et chaque protectio, ous motros les différeces maximales apportées par la GED sur les impédaces calculées. Cette aalyse compare les impédaces calculées lors de la présece de la GED ( calc avec GED D, R = R = ) avec celles e foctioemet sas GED, calc sas GED D, R = R = (pour tous les lieux «D» et résistaces de défaut, «R»). a plus grade différece est rapportée aux variatios maximales des impédaces calculées, e foctioemet sas GED, voir les équatios A-6). re = max im = max RE = max IM = max Variatio Variatio D, D, D calc avec GED calc sas GED ( Re( = D, R = R ) Re( = D, R = R ) calc avec GED calc sas GED ( Im( = D, R = R ) Im( = D, R = R ) calc sas GED calc sas GED ( Re( = D, R = R) Re( = D, R = R ) calc sas GED calc sas GED ( Im( ) Im( ) max RE max IM re = RE im = IM = D, R = R = D, R = R [ d: d34 ]; R, R, R [ :] (IV-) Das ces équatios, ous avos oté avec D et R le lieu et la résistace d u défaut, respectivemet. es otatios D, R et D, R caractériset les deux défauts ayat les impédaces calculées le plus éloigées das le pla complexe. Par exemple, cette variatio maximale est obteue par la différece etre l impédace calculée pour le défaut frac e d ( ) et celle calculée pour le défaut de e d34 (la plus grade impédace calculée), voir Figure IV-3. 4

150 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio re IM im RE Figure IV-3 es variatios maximales des impédaces calculées Il a été écessaire d utiliser la variatio maximale de l impédace calculée car, suivat le coefficiet k choisi et la mise à la terre, les impédaces calculées ot des variatios différetes (e foctio de et R ). Ces valeurs sot présetées e pourcetage. Elles illustret la variatio maximale de l impédace calculée e présece de GED, rameée à l excursio maximale de l impédace (e partie réelle et imagiaire) sas GED. a présece de la GED peut avoir deux coséqueces sur la valeur de l impédace calculée : soit elle l augmete (variatio positive) soit elle la dimiue (variatio égative). e ses des variatios (égatives ou positives) déped du coefficiet k. Si l impédace calculée (das le cas avec GED, pour u défaut e amot de la limite d ue zoe protégée) est plus grade et dépasse le seuil, le défaut est discrimié plus loi et réciproquemet...3 Résultats obteus pour les différetes impédaces de mise à la terre Résultats obteus avec la mise à la terre de j Das la Figure A-7,a de l Aexe, ous présetos les résultats obteus pour la protectio PS lors d u défaut moophasé sur le départ préseté das le chapitre II, partie 4., avec la mise à la terre de j. e pourcetage total de discrimiatio correcte, de la protectio PS, e présece de GED est de 98,35 % (98,9 % pour le premier seuil et de 97,8 % pour le deuxième seuil). Cette performace a doc dimiué, sur otre réseau d étude avec ue uique GED de,65 % par rapport au cas sas GED (soit de. % pour le premier seuil et, % pour le deuxième seuil). Tous ces pourcetages de dimiutio de la performace sot fouris e valeurs absolues. 43

151 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a protectio MR discrimie correctemet 99,4 % des défauts comme il est préseté das la Figure A-7,b, de l Aexe. Ceci correspod à ue dimiutio de,76 % par rapport au pourcetage obteu pour le cas sas GED. Das la Figure IV-4, ous présetos les défauts mal discrimiés par les protectios PS et MR. a b Figure IV-4 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR Das ces figures, ous présetos e abscisse les lieux de défaut (de d tête du départ jusqu à d34 - fi réseau) et e ordoée les résistaces de défaut (du jusqu à ). Das ces figures, les poits représetés e rouge sot les défauts «vus» plus proche et les poits représetés e bleu sot les défauts «vus» plus loi. O s atted à avoir des poits mal discrimiés (soit plus précocemet soit plus tardivemet) autour des seuils. O rappelle que pour la protectio PS le seuil discrimie la limite à 8 % de la zoe e amot du d et le seuil celle à 6 % de la zoe e amot du d3. C est autour de ces positios que l o retrouvera des défauts mal discrimiés. es autres défauts peuvet aussi être «vus» différemmet par rapport au cas sas GED, mais tat que leurs impédaces e dépasset pas les seuils, la temporisatio attribuée est toujours correcte. O cofirme que la présece de GED apporte u effet égatif sur la discrimiatio de défaut. O rappelle que la GED est située après la protectio MR, localisée etre d et d. es défauts mal discrimiés sot, évidemmet, ceux qui ot eu lieu à proximité de la fi des zoes protégées. apport de la GED peut empêcher la détectio des défauts si ous cosidéros que la détectio est ampèremétrique. Si la détectio est sur la base de protectio wattmétrique homopolaire, la détectio est toujours réalisée grâce à la présece de la composate homopolaire. 44

152 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio Effet de la GED sur le calcul de l impédace Pour le coefficiet choisi et pour la protectio PS, o observe que l apport de la GED coduit à toujours voir le défaut plus proche que sas GED. Ceci pourra doc poser des problè pour les défauts à proximité des limites de zoes et ameer à des doubles déclechemets. Effet de la GED sur la temporisatio Pour les positios juste e aval de chaque zoe protégée, toutes les résistaces de défaut sot discrimiées par la protectio PS de la même faço (plus proches ou correctemet). Ces défauts sot discrimiés (correctemet ou mal) seulemet e foctio du lieu du défaut. Das la Figure IV-4, le premier groupe des défauts mal discrimiés (plus proches) se trouve juste e aval de la limite de la zoe de la protectio PS (ue seule localisatio de défaut). e deuxième groupe est juste e aval de la limite de la deuxième zoe de la protectio PS. Ce deuxième groupe comporte plusieurs défauts (deux positios). Il y a plus de défauts mal discrimiés par rapport au seuil qu il y e a par rapport au seuil. Cela cofirme que les impédaces calculées pour les défauts loitais variet plus lors de la présece de GED que celles des défauts proches, par rapport aux cas sas GED. Pour la protectio MR, le coefficiet optimisé a permis d iterpréter, e présece de GED, certais défauts comme état plus loitais (lige bleue). Ceci permet d ajouter ue temporisatio supplémetaire et doc d éviter des cas de doubles déclechemets Pour la mise à la terre de j, ous obteos ue variatio maximale de l impédace calculée, suite à la présece de la GED, das le cas du défaut de e d34. Cette valeur pour la protectio PS est de -,9 % sur la partie réelle et de -,5 % sur la partie imagiaire. a protectio MR a ue variatio maximale de l impédace calculée de. % sur la partie réelle et de -,5 % sur la partie imagiaire. O observe que les variatios sot égatives. Ceci cofirme la dimiutio des valeurs de l impédace calculée. Cette dimiutio des valeurs (e partie imagiaire et partie réelle) coduit à ue discrimiatio des défauts plus précoce. es variatios sot faibles et produiset peu de discrimiatios «fausses». es défauts mal discrimiés e poset pas de problè de doubles déclechemets. E coclusio, l apport de la GED chage les impédaces calculées e foctio du coefficiet k choisi. es coefficiets choisis pour les deux protectios sot différets et o peut doc observer les deux ses de variatios des impédaces calculées. Ces deux ses fot que par rapport au seuil, les défauts peuvet être «vus» plus proches ou plus loitais (e foctio du coefficiet choisi). 45

153 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Résultats obteus avec la mise à la terre de 4 e cas de mise à la terre de 4 a des pourcetages de discrimiatio correcte quasimet idetiques à ceux au cas de j. a réductio de discrimiatio est doc toujours de,56% (,9 % pour le seuil et, % pour le seuil ) pour la protectio PS et de,74 % pour la protectio MR. a représetatio des impédaces calculées par rapport aux seuils est présetée das la Figure A-7 de l Aexe. Das la Figure IV-5, ous présetos uiquemet les défauts mal discrimiés das le cas avec GED. a b Figure IV-5 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=4, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR a variatio maximale das ce cas est de -,3 % sur la partie réelle et de -,58 % sur la partie imagiaire pour la protectio PS. Ces deux variatios expliquet les défauts mal discrimiés de la figure. Ces valeurs égatives cofirmet les dimiutios des impédaces calculées, et doc les déclechemets plus précoces. a protectio MR a des variatios maximales d impédace calculée de -, % sur la partie réelle et de -,7 %. Il faut remarquer que ces variatios e semblet pas cohéretes avec les temporisatios obteues. a Figure IV-5 motre que la plus grade partie des défauts mal discrimiés sot «vus» plus loi. Doc leur impédace est plus grade au mois sur ue partie (réelle ou imagiaire) que l impédace obteue sas GED. O observe que la variatio la plus importate est obteue e valeurs égatives (qui représetet des défauts «vus» plus proches). Pourtat, sur l esemble des cas testés, seuls trois défauts sot «vus» plus proches et doc déclechés plus précocemet. es autres cas (la majorité) sot de défauts «vus» plus loitais. es résultats obteus pour cette mise à la terre ressemblet à ceux obteus pour l autre mise à la terre impédate (j ) et il y a pas o plus des cas de défauts qui peuvet produire des doubles déclechemets. Comme das le précédet cas de mise à la terre, il y 46

154 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio a quelques défauts juste e aval de la zoe de la protectio PS qui sot déclechés plus précocemet et quelques us à la fi de la zoe de la protectio MR qui sot discrimiés plus loi. Résultats obteus avec le eutre parfaitemet accordé (577 5j ) a protectio PS possède u pourcetage de discrimiatio correcte uiquemet dimiué de 6,6 % (3,3 % par le seuil et 9,49 % par le seuil ) pour la mise à la terre de 577 5j avec GED. e pourcetage de la protectio MR est dimiué de 7,67 %. a Figure IV-7 motre les défauts mal discrimiés das ce cas. Il y a plus de défauts mal discrimiés, mais heureusemet, ils sot gééralemet résistifs et doc avec des pourcetages faibles d occurrece. a b Figure IV-6 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=577 5j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR a variatio maximale das ce cas est de -3.7 % sur la partie réelle et de.6 % sur la partie imagiaire pour la protectio PS. es impédaces calculées par la protectio MR variet avec u maximum de -7,6 % sur la partie réelle et avec -4,9 % de la partie imagiaire. Même s il y a mois de défauts mal discrimiés par la protectio MR, les valeurs calculées avec la protectio MR variet plus que celles calculées avec la protectio PS. De plus, la protectio MR a des problè de discrimiatio avec les défauts peu résistifs. Ceux-ci augmetet alors la probabilité de discrimiatio «fausse». a plupart des défauts mal discrimiés par la protectio PS das le cas avec GED sot fortemet résistifs. Doc la performace est pas trop dimiuée par rapport au ombre de cas de défauts mal discrimiés. Pour cette mise à la terre, il y a u risque de,5 % de doubles déclechemets istataés e t (c est-à-dire que deux protectios qui peuvet voir ces défauts das leurs premières zoes et déclecher e même temps istataémet). Cette probabilité est due aux défauts 47

155 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur résistifs e aval de la protectio MR qui sot «vus» plus proches par la protectio PS. Ces défauts sot représetés e rouge das l Aexe (Figure A-77). a probabilité d occurrece de doubles déclechemets par des protectios qui foctioet e secours s élève à 6,3 %. Ce pourcetage correspod aux défauts e amot de la protectio FR qui sot déclechés par PS et MR e t t. Des variatios importates des impédaces calculées sot surveues suite à la présece de la GED pour cette mise à la terre de eutre compesé. a sesibilité des réglages aux perturbatios a produit des discrimiatios «fausses» et a aussi coduit à des doubles déclechemets. C est la première fois que ous recotros ce cas-là. Résultats obteus avec le eutre sur compesé (577 45j ) Ce cas de eutre compesé amplifie l impact de la GED et par coséquet il y a plus de défauts qui peuvet être vus comme plus proches et doc discrimiés plus précocemet. e pourcetage est réduit de,9 % (,7 % pour le seuil et,76 % pour le seuil ) par rapport au cas sas GED pour la protectio PS et de 8,45 % pour la protectio MR. a Figure IV-7 motre les défauts mal discrimiés das ce cas. a b Figure IV-7 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=577 45j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR a variatio maximale das ce cas est de -7,44 % sur la partie réelle et de, % sur la partie imagiaire pour la protectio PS. O observe ue forte variatio sur la partie réelle et aussi que les défauts les plus impactés (mal discrimiés) sot ceux à la limite de la zoe de la protectio PS. a variatio maximale de l impédace pour la protectio MR est de -,8 % sur la partie réelle et de,74 % sur la partie imagiaire. a variatio plus importate est sur la partie imagiaire est positive. Il y a doc plus de défauts «vus» plus loi que de défauts «vus» plus proches. O rappelle qu il est préférable d avoir u défaut «vu» plus loi qu u 48

156 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio plus proche car il e peut pas coduire à u double déclechemet. Pour ce cas de mise à la terre, o observe que le ombre de défauts mal discrimiés est plus importat et qu il y a des risques de doubles déclechemets. Nous avos pas trouvé de risques de doubles déclechemets pour la temporisatio istataée, t. e risque de double déclechemet avec la temporisatio de secours, t t est, par cotre, de,3 % (c est-à-dire que deux protectios peuvet voir ces défauts das leurs deuxiè zoes et déclecher e même temps e secours de la protectio FR). Ces défauts, présetés e bleu das l Aexe, Figure A-76, sot mois gêats car ils produirot des doubles déclechemets seulemet e cas de secours. Doc la probabilité d occurrece d u tel évéemet devrait coteir la probabilité de défaillace de la derière protectio. Résultats obteus avec le eutre sous compesé (577 56j ) e pourcetage de discrimiatio correcte par la protectio PS a dimiué de,89 % (5,6 % pour seuil et 6,6 % pour le seuil ) pour cette mise à la terre e présece de GED. a protectio MR voit sa performace dimiuée de,99 %. a Figure IV-8 motre les défauts mal discrimiés das ce cas. a plus grade partie des défauts sot «vus» plus proches. a b Figure IV-8 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=577 56j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR a variatio maximale de l impédace calculée par la protectio PS das ce cas est de - 5,3 % sur la partie réelle et de -,44 % sur la partie imagiaire. a protectio MR a des variatios au maximum -4,63 % e partie réelle et respectivemet de -3, % e partie imagiaire. Ces variatios sot les plus importates parmi tous les cas d impédace de mise à la terre que ous avos cosidérés. O observe beaucoup de défauts mal discrimiés par la protectio PS. Il sot situés e aval de la protectio MR (d) et serot alors élimiés par les deux protectios (doubles 49

157 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur déclechemets e t ). a protectio MR discrimie plus précocemet quelques défauts (voir la Figure IV-8,b) e aval de la protectio FR, et doc istataémet avec celle-là. e pourcetage de doubles déclechemets istataés est le plus élevé parmi les cas précédets de mise à la terre : 3,79 %. e plupart des défauts mal discrimiés par la protectio MR sot aussi vus plus proche par la protectio PS. De ce fait, le ombre de doubles déclechemets e secours est faible et vaut,89 %. Cette valeur du pourcetage de doubles déclechemets e secours est la plus réduite parmi celles obteues pour les cas de eutre compesé. a Figure A-78 de l Aexe présete ces défauts qui produiset de doubles déclechemets pour le eutre sous compesé. Nous résumos das le Tableau IV- les variatios maximales de l impédace calculée apportées par la GED. O rappelle que cette variatio est calculée pour les deux parties, imagiaire et réelle et les valeurs sot des pourcetages. Tableau IV- Différeces des impédaces calculées, apportées par la GED réseau rural Protectio j 4j real imag real imag real imag real imag real imag PS -,9 -,5 -,3 -,58-3,7,6-5,3 -,44-7,44, MR, -,5 -, -,7-7,6-4,9-4,63-3, -,8,74 e cas qui est le plus sesible aux perturbatios de la GED est le cas de eutre compesé. Das ce cas, les valeurs ot les variatios les plus importates. O e peut pas tirer de coclusio sur quelle partie (réelle ou imagiaire) est la plus ifluecée, car ces variatios dépedet du coefficiet choisi. Mais, das otre cas, o peut coclure que la protectio MR, qui protège ue partie de réseau plus petite et mois hétérogèe, a mois de problè de discrimiatio suite à l isertio d ue GED. Nous présetos les pourcetages de défauts coduisat à u double déclechemet e foctio de la temporisatio das le Tableau IV-3 Tableau IV-3 es pourcetages de doubles déclechemets pour le réseau rural temporisatio j 4j t, %, %,5 % 3,79 %, % t t, %, % 6,3 %,89 %,3 % malt e cas le plus problématique du poit de vue de la discrimiatio correcte et du double déclechemet est toujours le cas de eutre compesé. Ces cas ot pas de réglages de protectios robustes aux perturbatios. Comme o peut observer e comparat les résultats motrés das le chapitre III (partie 3.3) et ceux motrés das l Aexe, les dispersios des impédaces calculées sur les réseaux avec eutre impédat sot plus robustes aux perturbatios que celles e eutre compesé. 5

158 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio.3 Propositio de pla de protectio qui pred e compte de l apport des GED Nous présetos les réglages écessaires à faire pour le cas sas GED, afi d éviter les déclechemets précoces lorsque la GED est présete. a seule modificatio de la méthode 4 à faire est, lors du choix de seuils, de predre e compte les défauts de l extrémité de la zoe protégée aussi das le cas avec ue GED. Nous e pouvos pas utiliser la vraie valeur de l apport de la GED, car elle est icoue. Nous pouvos, quad même, fixer ue valeur de la GED seulemet pour détermier la tedace de variatio des impédaces suite à la présece de la GED et supposer que cette tedace se maitiee. Ces valeurs d impédace calculées (das le cas avec GED) peuvet être ifluecées par l apport de la GED de maière à ce qu elles puisset être mal discrimiées. Il alors faut garatir qu e présece de GED les défauts à la limite de la zoe soiet toujours iterprétés de la même faço que sas GED (Figure IV-9). e but de ce réglage est de s assurer qu au mois ces défauts mal discrimiés soiet das le ses «vus» plus loi. Im() d 5& & & &5 avec GED & &5 Re() zoe R = zoe R = zoe R =5 zoe R = Figure IV-9 Discrimiatio imposée pour le choix de seuils afi d éviter le déclechemet précoce das le cas ave GED es résultats obteus avec cette propositio sot motrés das l Aexe. e coefficiet k est choisi parmi des valeurs qui assuret que, même avec la présece de la GED, aucu défaut est pas discrimié plus précocemet. Evidemet, cette coditio supplémetaire (de variatio suite à la présece de GED) restreit le domaie étudié pour le coefficiet k. e meilleur coefficiet, choisi e teat compte de cette coditio, peut être idetique avec celui choisi sas teat compte de la coditio. Das ce cas, il assure la même performace du pla de protectio. S ils sot différets, la performace est dimiuée. Doc la méthode proposée peut réduire la performace de discrimiatio, e cas sas GED, car le coefficiet optimisé se retrouve das u domaie plus restreit. 5

159 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur.4 Coclusios partielles sur l ifluece de la GED sur la précisio de discrimiatio a présece de la GED apporte des chagemets sur les gradeurs urées par les protectios et doc sur les impédaces calculées. Comme il a été motré, das le cas avec GED, ce coefficiet k peut coduire à des ses différets de variatio de l impédace calculée. De plus, pour ue seule protectio, o peut avoir les deux ses de variatio pour des défauts différets (et doc les deux cas de discrimiatio «fausse», voir Figure IV-6,b). Nous présetos l impact sur le pla de protectio de la taille de la GED et de so positioemet das le réseau das l Aexe 3. Pour l étude de l ifluece de la taille de la GED, ous avos cosidéré le cas d ue GED de puissace de court-circuit de 3 MVA, toujours placée e d. Pour l étude sur l ifluece du positioemet, ous avos choisi les lieux d et d3 e gardat la puissace iitiale de court-circuit (,5MVA). e premier emplacemet, d, permet de régler les deux protectios PS et MR das les deux situatios différetes : la protectio PS avec la GED e aval et la protectio MR avec la GED e amot. autre emplacemet de la GED permet étudier l effet d ue GED placée à la fi du réseau. étude est coduite sur la mise à la terre de j. Nous cocluos que l impact de la taille est visible sur les variatios des impédaces calculées par rapport aux cas sas GED. Das le cas avec la GED de,5 MVA, la valeur du coefficiet k impose u ses de variatio des impédaces calculées. es résultats obteus avec ue GED plus importate respectet ce ses de variatio des impédaces. Afi de réduire l impact des GED sur le pla de protectio, o peut iclure ses apports das les réglages de protectios (Aexe ) e but est d éviter les déclechemets précoces. e réglage des protectios e présece de GED écessite que les impédaces calculées pour des défauts e dehors de la zoe protégée soiet discrimiés e dehors quelle que soit la puissace de la GED. E coclusio, l impact de l apport de la GED est égatif sur le pla de protectio. ors de sa présece, les pourcetages de discrimiatios correctes dimiuet, e moyee, de 4,7 % (la moyee est faite sur les pourcetages obteus pour les différets cas de mise à la terre). es cas les plus affectés sot les cas de eutre compesé. Comme ous l avos expliqué, das ces cas de mise à la terre du eutre, la méthode est pas aussi performate que das le cas de eutre impédat. E plus, il y a la possibilité de discrimier plus précocemet et même d avoir des doubles déclechemets. a probabilité de doubles déclechemets est e moyee de,79 % e temporisatio istataée et de 3,67 % e temporisatio de secours. es impacts de la GED sot relativemet faibles. Il faut teir compte que la puissace de GED étudiée est importate. Nous avos étudié u cas 5

160 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio extrême. es GED comme les paeaux photovoltaïques sot limités e courat de courtcircuit lors d u défaut par l iterface de électroique de puissace. es éoliees de puissace importate e sot pas istallées sur les réseaux HTA avec des cosommateurs, mais possèdet u départ dédié. De plus, les ouveaux réseaux, où il a été prévu ue forte péétratio des GED das les aées à veir, ot leurs coducteurs mieux adaptés pour l accueil des GED. C est-à-dire que l hétérogééité des câbles est pas assez importate et doc la discrimiatio est facilitée car ces câbles doivet être capables de «tolérer» l apport importat des GED. E coclusio, ces quartiers, avec fort apport de GED, peuvet être protégés par le pla de protectio développé. Das u cas mois perturbat pour le réseau (taille de la GED plus petite), tous ces apports étudiés dimiuerot mois les performaces du pla de protectio développé. 3 Vérificatio de la portabilité de la méthode sur u réseau urbai applicatio de la méthode 4 sur u réseau urbai est écessaire afi d amorcer démostratio de portabilité. Premièremet, ous présetos le réseau étudié. Esuite, ous motros les résultats obteus das les cas sas et avec GED. Fialemet ous esquissos ue première coclusio quat à la portabilité de la méthode. 3. Réseau urbai d étude e réseau étudié est u départ réel urbai. e départ, préseté das la Figure II-5, est coecté à u poste source avec u trasformateur DY de 36 MVA. a mise à la terre est malt =j. e départ a que des câbles souterrais. e Tableau IV-4 présete les caractéristiques du départ. es doées des câbles et les positios des charges sot présetées das l aexe 5. P Poste source (Ps) Source EDF HTB P Mesure Moitié réseau (Mr) Ps P 3 Mesure Fi du réseau (Fr) 3 33 Mr 3 3 Fr 3 34 Figure IV- Schéma du départ C55 avec les lieux de défaut et protectios déployées 53

161 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Tableau IV-4 Caractéristiques du départ C55 Capacitif du départ (3 Io e A) (sous kv) 37. Nb cliets BT 5587 Nb. cliets HTA 6 Puissace apparete totale du départ (kva) 459 Chute de tesio max (%).3 Icc biphasé mi. (A) 5 Proportio de câble souterrai (% de la logueur totale) ogueur du chemi le plus log (km).9 ogueur totale du départ (km) 5.65 Nb. d orgaes de coupure télécommadés (dot Nb. DRR) 5 () Mise à la terre du eutre au poste source j Pcc réseau amot MVA 7 appellatio des protectios et des lieux de défauts aisi que la divisio du réseau sot faites d après celles utilisées pour le réseau rural : es trois protectios appelées: PS - poste source, MR - moitié réseau et FR - fi réseau ; es dix lieux de défaut ot été ommés de d jusqu à d34 ; e ombre de protectios et le ombre de lieux de défaut ot été choisis sur le plus log et le plus impédat chemi e foctio de l impédace totale du chemi (il faut oter que ce chemi coïcide avec l artère pricipale) ; es protectios et les lieux de défaut ot été équirépartis e impédace directe pour obteir des valeurs dot la cohérece est facile à vérifier. e eutre compesé diffère e valeur d impédace par rapport au réseau rural. Comme ous avos expliqué das le choix des valeurs de eutre compesé pour l autre réseau, ces valeurs dépedet du courat capacitif apporté par tous les départs. e calcul des compesatios a doé les valeurs : parfaitemet accordé (différece ulle etre le courat capacitif et le courat par la mise à la terre) mise à la terre j sur compesé (35A) mise à la terre 577 4j sous compesé (-35A) mise à la terre 577 5j Nous avos testé ces cas de mise à la terre, même si pour les réseaux urbais (avec uiquemet des câbles) le eutre compesé est pas applicable car la terre est très boe (ue mise à la terre par eutre impédat est plus compatible). Nous présetos esuite les résultats obteus. Nous commeços par le cas sas GED. 54

162 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio 3. Réseau étudié sas GED - réglages es résultats suivats obteus pour le cas sas GED, du départ urbai, sot présetés et comparés avec ceux obteus sur le départ rural. es résultats sot présetés par impédace de mise à la terre. 3.. Résultats obteus pour le cas sas GED Résultats obteus avec la mise à la terre de j Cette mise à la terre a pas apporté de difficultés de discrimiatio correcte. e coefficiet a été trouvé à partir de la première itératio, e assurat % de succès de discrimiatio pour les deux protectios. e coefficiet trouvé pour la protectio PS diffère de celui trouvé pour le réseau rural, cepedat le coefficiet trouvé pour la protectio MR est idetique avec celui trouvé pour le réseau rural. O e s attedait pas à obteir de coefficiets similaires car les deux réseaux sot bie différets. e fait que l o obtiee le même coefficiet pour la protectio MR motre que pour cette mise à la terre, il y a beaucoup des coefficiets qui peuvet assurer ue performace de % et o choisit le premier de la liste des coefficiet que coduiset à la meilleure performace de réussite (das ce cas %). a Figure IV- motre les résultats obteus pour ces deux protectios. a b Figure IV- Résultats de discrimiatio des défauts moophasés sur le départ urbai avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) 55

163 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur O observe ue boe portabilité sur cette mise à la terre c est-à-dire que les pourcetages de discrimiatios obteus sot toujours de %. Résultats obteus avec la mise à la terre de 4 Cette deuxième mise à la terre impédate, cofirme la portabilité sur u départ urbai. E effet, les résultats motrés das la Figure IV- sot trouvés à partir de la première itératio, assurat % de discrimiatio correcte pour les deux protectios. e coefficiet pour la protectio PS est idetique avec celui trouvé pour le réseau rural, cepedat le coefficiet trouvé pour la protectio MR diffère. O coclut doc aussi pour la mise à la terre de 4 que le choix d u coefficiet optimisé qui assure le maximum de cas de discrimiatio correcte est fait parmi plusieurs coefficiets capables d assurer ces performaces. a b Figure IV- Résultats de discrimiatio des défauts moophasés sur le départ urbai avec ue mise à la terre de 4, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) O peut affirmer que sur ces deux cas des mises à la terre impédats la méthode est portable, et compatible avec ce gere de mise à la terre. Résultats obteus avec le eutre parfaitemet accordé ( ) es résultats obteus avec cette mise à la terre, Figure IV-3, sot complètemet différets de ceux obteus pour le réseau rural. es valeurs des coefficiets e se trouvet pas das le 56

164 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio même quadrat complexe. Après trois itératios, ces coefficiets assuret 99, % de discrimiatio correcte par la protectio PS (98,6 % sur le seuil et 99,59 % sur le seuil ). a protectio MR a u succès de 99,34 %. a b Figure IV-3 Résultats de discrimiatio des défauts moophasés sur le départ urbai avec ue mise à la terre de 577 5j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) a grade différece etre les impédaces calculées par ces deux protectios est la dispersio des valeurs. a première protectio réussit à discrimier les défauts même si leurs impédaces calculées associées sot très proches. Mais cette situatio peut créer des problè lors de l apport de la GED. Comme ous avos expliqué pour les premiers résultats des impédaces calculées avec cette méthode, il est importat d avoir des valeurs les plus dispersées possibles afi de discrimier correctemet avec deux demi-plas, même avec des perturbatios futures. a protectio MR, par cotre, sera plus stable aux perturbatios (erreurs de ures, apport de GED et chagemets de réseau qui e sot pas pris e compte par le réglage iitial). Résultats obteus avec le eutre sur compesé (577 4 ) Pour le cas sur compesé, comme pour le réseau rural, la méthode a trouvé des coefficiets et des seuils à partir de la première itératio assurat u succès de discrimiatio correcte 57

165 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur de tous les défauts. es deux protectios ot des pourcetages de discrimiatio de %, voir la Figure IV-4. a b Figure IV-4 Résultats de discrimiatio des défauts moophasés sur le départ urbai avec ue mise à la terre de 577 4j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) es deux protectios sot capables de discrimier les défauts et le coefficiet optimisé coduit à ue répartitio des valeurs assez dispersée, permettat ue boe discrimiatio lors des perturbatios (décrites ci-dessus). Résultats obteus avec le eutre sous compesé (577 5 ) Ce cas de sous compesatio coduisait aux pourcetages de discrimiatio correcte mais assez faibles pour le réseau rural. es résultats obteus pour le réseau urbai, présetés das la Figure IV-5, sot ecore mois performats. 58

166 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio a b Figure IV-5 Résultats de discrimiatio des défauts moophasés sur le départ urbai avec ue mise à la terre de j, pour la protectio : a. P(PS) ; b. P(MR) a difficulté de discrimiatio des défauts pour ce cas est motrée das la Figure IV-5 par l impossibilité de trouver des seuils qui e se croiset pas das le domaie de valeurs d impédace calculées. es seuils o croisés garatisset théoriquemet des zoes bie discrimiées etre elles. Il y a pas de problème lorsqu ils se croiset, car la discrimiatio est fait e deux pas : la discrimiatio par rapport au seuil et si le défaut est «vu» e dehors de la première zoe, esuite la discrimiatio par rapport au seuil. Mais le fait qu ils se croiset (das la zoe d existece des valeurs calculées) motre que la solutio la plus discrimiate est pas potetiellemet très performate. D'ailleurs, les pourcetages obteus sot de 86,4 % (de 9,6 % pour le seuil et de 8, % pour le seuil ) pour la protectio PS et de 89,76 % pour la protectio MR. Mais la répartitio, e complexe, des valeurs d impédace calculées par la protectio PS impose des seuils sesibles aux variatios d impédaces importates suite aux perturbatios. O e s atted pas à de bos résultats pour le cas de présece d ue GED. 59

167 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 3.. Coclusios sur les réglages trouvés pour le cas urbai sas GED Tous les défauts ot été correctemet discrimiés sur le réseau avec les eutres impédats (les cas les plus importats). Cette vérificatio ted à prouver la portabilité facile de la méthode sur d autres réseaux, même urbais. Par cotre, l applicatio sur le réseau urbai avec le eutre compesé est plus difficile que sur le réseau rural comme o peut le voir avec le cas du eutre sous compesé. 3.3 Réseau étudié avec GED vérificatio de la robustesse Cette aalyse a été faite afi de vérifier la robustesse de la méthode aussi sur u départ urbai. De plus, l aalyse présete les évolutios des impédaces calculées apportées par la présece de la GED sur u autre départ de type urbai. Aexe 5 présete tous les résultats des impédaces calculées pour le cas avec GED et la comparaiso par rapport aux cas sas GED (pour lesquels les seuils ot été calculés) Résultats obteus avec GED Comme ous l avos déjà vu pour le départ précédet, la présece de la GED sur ce départ urbai ifluece les impédaces calculées et doc les discrimiatios de défauts. aalyse est présetée pour chaque mise à la terre. Résultats obteus avec la mise à la terre de j es résultats de défauts mal discrimiés sot présetés das la Figure IV-6. a b Figure IV-6 es défauts mal discrimiés sur le départ urbai avec malt=j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR a protectio PS discrimie mieux les défauts que das le cas du réseau rural avec GED, 9,4 %. Il y a que deux lieux au lieu de trois qui sot mal discrimiés (pour toutes les 6

168 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio résistaces de défaut). a protectio MR a quasimet les mê défauts mal discrimiés (avec 9,83 % de succès de discrimiatio correcte). Doc, par rapport au cas sas GED, les performaces sot réduites de, % (, % sur les seuil et seuil ) pour la protectio PS et avec,65 % pour la protectio MR. es variatios des impédaces calculées sot de -, % sur la partie réelle et de -.3 % sur la partie imagiaire pour la protectio PS. a protectio MR a des variatios maximales de, % e partie réelle et de -. % e partie imagiaire. Ces petites variatios ot permis la performace élevée et l absece de cas de doubles déclechemets. E coclusio, même pour u réseau urbai, l applicatio du pla de protectio sur la mise à la terre de j e pose pas de problè sigificatifs. Résultats obteus avec la mise à la terre de 4 Ce cas de mise à la terre impédat e diffère pas trop du cas précédet. Ce fait est prouvé par des pourcetages dimiués de,6 % pour la protectio PS (, % par le seuil et, % par le seuil ) et de,6 % pour la protectio MR. a Figure IV-7 motre ces performaces. a b Figure IV-7 es défauts mal discrimiés sur le départ urbai avec malt=4, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR Das ce cas, les variatios sot faibles : la protectio PS est réduite de -, % e partie réelle et -,35 % e partie imagiaire ; la protectio MR de,7 % e partie réelle et -,3 % e partie imagiaire. Mais ce est pas ces petites valeurs qui ot favorisé la performace plus élevée que la mise à la terre de j. C est surtout la discrimiatio correcte de quelques défauts peu résistifs e plus par rapport à ceux mal discrimiés das l autre cas de mise à la terre. Aucu cas de double déclechemet existe das ce cas. 6

169 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Résultats obteus avec le eutre compesé Nous rappelos que ces cas de eutre compesé ot été étudiés même si sur les réseaux urbais, ils e sot pas applicables. es résultats e sot pas aussi performats que pour le réseau rural. Résultats obteus avec le eutre parfaitemet accordé (577 46j ) e pourcetage est beaucoup dimiué pour la protectio PS, avec 4,45 % de dimiutio. a protectio MR a ue dimiutio de seulemet 5,3 %. e coefficiet choisi pour la protectio PS a pas permis ue discrimiatio correcte lors de l apport de la GED (Figure IV-8). a b Figure IV-8 es défauts mal discrimiés sur le départ urbai avec malt=577 46j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR es défauts ot des variatios de l impédace calculée par la protectio PS avec u maximum de -4,8 % pour la partie réelle et -5,48 % pour la partie imagiaire. a protectio MR discrimie les défauts qui ot des variatios de -5,6 % sur la partie réelle et de -,84 % sur la partie imagiaire. O observe que les valeurs de variatio pour la protectio PS e sot pas très élevées par rapport à celles de la protectio MR. Pourtat, les performaces obteues par les protectios sot très différetes. a cause est le cas de mise à la terre choisi pour ce réseau urbai qui e permet pas ue solutio très performate et surtout robuste aux perturbatios. e coefficiet k optimisé pour la protectio PS a été mois robuste aux perturbatios que celui de la protectio MR. Tous les défauts sot «vus» plus loi et alors il y a pas de problè de doubles déclechemets. Résultats obteus avec le eutre sur compesé (577 4j ) Ce cas de mise à la terre a permis des réglages bie robustes face aux perturbatios de la GED. es performaces e dimiuet plus que de,75 % pour la protectio PS et de,59 % pour la protectio MR. es défauts mal discrimiés sot présetés das la Figure IV-9. 6

170 Chapitre IV : Vérificatio de la robustesse et de la portabilité du pla de protectio a b Figure IV-9 es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=577 4j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR Evidemmet, les variatios maximales sot petites : pour la protectio PS, elles sot de -.6 % et,86 % sur les deux parties et pour la protectio MR de -,8 % (e réelle) et de,7 % (e imagiaire). Il existe aucu défaut coduisat à ue double discrimiatio. Résultats obteus avec le eutre sous compesé (577 5j ) Ce cas de eutre est le plus affecté par la présece de la GED. a performace dimiue drastiquemet avec 48,68 % et 3,83 % pour la protectio PS et MR. O peut remarquer das la Figure IV- qu il y a pas beaucoup de défauts correctemet discrimiés. explicatio est évidete e aalysat les pourcetages de variatio maximale de -,3 % (sur la partie réelle) et de 9,8 % (sur la partie imagiaire) pour la protectio PS. es impédaces calculées, par la protectio MR, variet de,83 % sur la partie réelle et de -,5 % sur la partie imagiaire. a b Figure IV- es défauts mal discrimiés sur le départ rural avec malt=577 5j, cas avec GED : a - par la protectio PS ; b - par la protectio MR 63

171 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Ce cas est le seul qui pose des problè de doubles déclechemets (3,3 %). a résistace du défaut fait fortemet et o uiformémet varier les impédaces calculées. O alors retrouve des défauts de la même résistace (par exemple ) qui sot «vus» plus proches que des défauts qui ot eu lieu plus loi, et vice versa. Cette mauvaise iterprétatio est liée à la difficulté de trouver u coefficiet k adapté au cas de eutre sous compesé, avec la méthodologie choisie. Das le Tableau IV-5, ous résumos les variatios maximales obteues lors de la présece de la GED sur u départ urbai. Tableau IV-5 Différeces des impédaces calculées, apportées par la GED réseau urbai j 4j j 577 5j 577 4j réelle imagiaire réelle imagiaire réelle imagiaire réelle imagiaire réelle imagiaire PS -, -,3 -, -,35-4,8-5,48 -,3 9,8 -,6,86 MR, -,,7 -,3-5,6 -,84,83 -,5 -,8,7 Das ce tableau, o observe toujours de faibles variatios des impédaces calculées pour les mises à la terre impédate. Par cotre, les cas de eutre compesé apportet des variatios plus importates que pour le réseau rural et doc des performaces réduites Coclusio sur les résultats obteus avec GED apport de la GED sur les mises à la terre utilisées actuellemet, c est-à-dire les mises à la terre du poit eutre du trasformateur par ue impédace (RPN, BPN) est assez faible. es autres mises à la terre de eutre compesé e sot pas très robustes aux perturbatios de la GED. e mois robuste aux perturbatios de la GED est le cas sous compesé. 4 Coclusios sur la robustesse et ifluece de la GED sur le pla de protectio E coclusio, la portabilité et la robustesse aux perturbatios de la méthode 4 ot été aalysées avec succès. a portabilité a été aalysée sur u réseau urbai avec des câbles, et, pour les deux départs, ous avos motré que la méthode est plutôt robuste aux perturbatios apportées par les GED. es pourcetages sot ecourageats mais il y a quelques cas de doubles déclechemets (4,46 % pour le départ rural et,66 % pour le réseau urbai). es pourcetages de réussite sot, das les cas étudiés, systématiquemet dimiués suite à l isertio d ue GED. Nous avos recotré les deux situatios possibles lors de la présece de la GED : des impédaces plus petites ou des impédaces plus grades (sur chacue de parties). Ces deux situatios produiset de mauvaises discrimiatios : défaut «vu» plus proche ou plus loi. Afi d éviter de discrimier plus précocemet les défauts, il faut s assurer que le coefficiet optimisé tiet compte de la tedace de variatio des impédaces calculées lors des GED (Aexe ). 64

172 CONCUSION GENERAE ET PERSPECTIVES

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174 Coclusio géérale et perspectives Coclusios es travaux meés pedat cette thèse ot abouti à la propositio d ue solutio d u pla de protectio iovat pour les réseaux HTA radiaux à haute qualité d alimetatio. e but de ce travail cosistait à dimiuer le temps des coupures brèves de cosommateurs et producteurs distribuées. Nous avos proposé u pla de protectio qui repose sur des protectios déployées e réseau. Ces protectios permettet de diviser le réseau e zoes plus petites. U réseau, protégé par des zoes plus petites, assure ue cotiuité de fouriture de cliets et de GED pedat le temps de maœuvre (das le réseau protégé avat par des orgaes de maœuvre télécommadées) et/ou pedat le temps de réparatio (das le cas de réseau protégé par ue seule protectio e tête du départ). es protectios déployées das u réseau de distributio doivet être capables de détecter la présece d u défaut et discrimier la zoe e défaut la plus petite possible. a détectio des défauts est déjà réalisée par des protectios actuelles (istallées e tête du départ), mais la discrimiatio de zoes e défaut d u réseau de distributio est plus complexe. Afi de trouver les gradeurs les plus adéquates pour ce gere de protectio, ue aalyse sur les composates symétriques a été faite. Pour les départs avec u eutre impédat, la gradeur choisie pour la détectio d u défaut est le courat (critère ampèremétrique comme pour les protectios déjà utilisées das les départs HTA). Ue mise à la terre du trasformateur par u eutre compesé écessite ue protectio wattmétrique homopolaire pour la détectio de défauts. a gradeur la plus discrimiate pour la sélectivité etre protectios s'est avérée être l impédace pour tous les cas de mise à la terre du eutre. a complexité de discrimiatio sur u réseau de distributio est itroduite par la ature hétérogèe des coducteurs du réseau. es réseaux électriques de distributio, ayat été coçus pour ue alimetatio uidirectioelle (de postes sources vers les cosommateurs) ot été dimesioés de maière dégressive vers les cliets, du poit de vue des sectios des coducteurs. es variatios des types de coducteurs et de leur sectio apportet ue difficulté supplémetaire au processus de discrimiatio das les réseaux de distributio par rapport aux réseaux de trasport. Même si e Frace, depuis 985 et afi d augmeter la qualité de fouriture, les réseaux de distributio sot plaifiés de maière bouclable (secours itra ou extra postes sources), les coducteurs de faible sectio etre les postes sot remplacés petit à petit. Malgré cette politique egagée, e Frace, il y a plus de 5 as, ces réseaux restet très hétérogèes. 67

175 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Nous avos proposé u pla de protectio reposat sur des protectios qui discrimiet les zoes e défaut e s ispirat du foctioemet des protectios de distace. a pricipale différece réside das la méthode permettat de régler la protectio. Cette logique peut protéger u réseau de distributio e utilisat plusieurs protectios et permet d utiliser plus de protectios que la limite associée à l empilemet des temporisatios de protectios e séries à temps idépedats. a méthode proposée pour la discrimiatio assure des performaces de discrimiatio d eviro % sur les réseaux étudiés (urbai et rural) sas GED. E foctio de la taille et de la positio des GED istallées, les performaces dimiuet seulemet de quelques pourcets. a présece de la GED, e foctio des réglages imposés aux protectios, peut faire que quelques défauts pourraiet être élimiées par deux protectios simultaémet (iférieur à 5% das os études). e défaut est doc isolé das ue zoe plus grade que celle prévue et plus de cosommateurs et de producteurs sot alors décoectés. Ce double déclechemet itroduira des icertitudes pour la procédure de réparatio qui va suivre. Nous avos proposé aussi ue optimisatio de la méthode, adaptée aux réseaux avec isertio fréquete de la GED. Cette propositio permet d éviter les cas de déclechemets doubles et doc le seul icovéiet est le temps d isolatio de défaut qui peut être légèremet plus log. Tous les défauts ot été détectés, discrimiés et isolés par des protectios das la zoe la plus petite possible. Des performaces iférieures à % traduiset des défauts aussi détectés et isolés das la zoe la plus petite possible, mais temporisés plus que écessaire. es simulatios ot été faites sur les réseaux urbai et rural avec des mises à la terre impédates ( j et 4 ) et le eutre compesé. es réglages ot été revalidés das le cas du eutre compesé pour les valeurs extrémales d impédace de désaccord du eutre. a mise e œuvre de la méthode écessite ue simulatio pour chaque cofiguratio du réseau e utilisat les doées du réseau (caractéristiques de coducteurs, ses d alimetatio et positio des protectios déployées). Elle écessite aussi u processus d optimisatio pour établir le meilleur réglage possible. es réglages itroduits das les protectios comportet u coefficiet de calcul de l impédace et les seuils discrimiats pour chaque cofiguratio. Ue commuicatio lete est écessaire pour iformer les protectios lors d ue recofiguratio du réseau (même du chagemet d accord du eutre compesé). 68

176 Coclusio géérale et perspectives Perspectives Afi de démotrer que la méthode est plus robuste et plus portable, des simulatios sur plusieurs cas de réseaux de distributio pourraiet être prévues. Pour les cas de eutre compesé, ue autre optimisatio de la méthode pourrait être evisagée : des réglages qui seraiet valables pour des courats d accord de ± A. Des commuicatios rapides peuvet accélérer le foctioemet de la chaîe de protectio. Ceci devrait permettre de réduire le pourcetage de discrimiatios «retardées». Ue sélectivité logique peut être evisagée das cette perspective. Ces commuicatios rapides permettet l échage d iformatio etre protectios sur le piquage itere (cosommatio) à la zoe, ou de la présece de GED. Des optimisatio du temps de calcul (autre méthode que le griddig) et de la covergece (vers l optimum global grâce à des algorith métha-heuristiques) des réglages pourraiet être evisagées. Ue discrimiatio avec des seuils o liéaires pourrait être meilleure, potetiellemet pour la discrimiatio, que les foctios affies proposées das ces travaux. a robustesse vis-à-vis de l isertio de GED resterait à détermier. D autres méthodes, qui reposet sur le calcul de l impédace, pourraiet être aalysées (discrimiatio e utilisat des équatios différetielles pour calculer les impédaces de défaut et de lige). Efi, des applicatios pour les défauts polyphasés pourraiet être développées. 69

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178 BIBIOGRAPHIE 7

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180 Bibliographie Bibliographie [Als-] Alstom «Network Protectio & Automatio Guide» - [Alv-9] Alvarez M. et al «Architectures de s réseaux de distributio du futur e présece de productio décetralisée», Thèse de doctorat de Greoble INP, décembre 9 [Bo-97] Boas J.F. et al «Optimisatio umérique», INRIA, Spriger, Berli, 997, ISBN [Cai-] [Cai-4] [Ca-] [Cei-8] [Cha-5] [Cha-9] Caire R. et al «Permaet short circuit curret modificatio of low voltages distributed geeratio o distributio etwork», IEE 37th Iteratioal Uiversities Power Egieerig Coferece UPEC, 9- September, Staffordshire, Uited Kigdom Caire R. «Gestio de la productio décetralisée das les réseaux de distributio», Thèse de doctorat de Greoble-INP, avril 4 Caard J. «Impact de la géératio d éergie dispersée das les réseaux de distributio», Thèse de doctorat du Greoble INP, décembre Norme itetioelle : CEI Short-circuit currets i three-phase a.c. systems Part : Data of electrical equipmet for short-circuit curret calculatios - Courats de court-circuit das les réseaux triphasés à courat alteratif, 8 Chaitusaey S. et al «Impact of protectio coordiatio o sizes of several distributed geeratio sources» Power Egieerig Coferece, 5. IPEC 5. Chaelière J.. «Protectio des réseaux de trasport et de répartitio cotre les courts- circuits et les défauts d'isolemet», Techique d igéieur, référece D48, ov. 9 [Cir-3] ehtoe M. et al «Fault Maagemet i Electrical Distributio Systems Appedix A», Fial report of the CIRED Workig Group WG3 Fault Maagemet, 3 [Cou-] [Cre-] Coury D. et al «Aget techology applied to adaptive relay settig for multitermial lies» Power Egieerig Society Summer Meetig,. IEEE CRE - Rapport sur la «qualité de l électricité» - Diagostics et propositios relatives à la cotiuité de l alimetatio e électricité - Octobre [Cri-6] CRISP cosortium «D3.3: Fial report o field experimets ad tests», Europea Project STREP FP6, 7 Jui 6 [Dec-8] [Doy-] Décret du 3 avril 8 relatif aux prescriptios techiques géérales de coceptio et de foctioemet pour le raccordemet d'istallatios de productio aux réseaux publics d'électricité Doyle M. «Reviewig the impacts of distributed geeratio o distributio system protectio», Power Egieerig Society Summer Meetig, IEEE 73

181 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur [Ea-7] [Erd-] [Gel-6] [It-8-] Eacheau B. et al «Outils d aide à la coduite pour les opérateurs des réseaux de distributio», Thèse de doctorat du Greoble INP, 6 octobre 7 Documetatio techique de référece ERDF : /Documetatio_techique_de_referece page accédé le 3 jui Geldtmeijer D. et al «Trasiet short-circuit behaviour of distributed eergy sources ad their ifluece o protectio coordiatio» Uiversities Power Egieerig Coferece, 6. UPEC '6. Proceedigs of the 4st Iteratioal INTEGRA cosortium «D.: High-level specificatio of the fuctioalities for ovel electricity distributio grid cotrol», Europea Project STREP FP6, 7 septembre 8 [It-8-] INTEGRA cosortium «D.: Guidelies for practical algorithm implemetatio», Europea Project STREP FP6, septembre 8 [Jag-4] [Kau-4] [Nfc-] [Nfc-76] Jager J. et al «New protectio co-ordiatio methods i the presece of distributed geeratio», Developmets i Power System Protectio, 4. Eighth IEE Iteratioal Coferece Kauhaiemi K. et al «Impact of distributed geeratio o the protectio of distributio etworks», Developmets i Power System Protectio, 4. Eighth IEE Iteratioal Coferece Norme fraçaise : NF C3- - Postes de livraiso établis à l'itérieur d'u bâtimet F, 4- Norme fraçaise : NF C Coducteurs homogèes e alliage d'alumiium, [Nfc-94] Norme fraçaise : NF C3-5 - Istallatios électriques à haute tesio, [Pe-6] [Pel-7] Pekov D. «ocalisatio de défauts das les réseaux HTA e présece de géératio d éergie dispersée», Thèse de doctorat du Greoble INP, 5 septembre 6 e pelleter E. «Outil d électroique de puissace pour le maillage / bouclage des réseaux de distributio : applicatio au cotrôle des flux de puissace et la limitatio des courats de court-circuit»», Thèse de doctorat du Greoble INP, 6 octobre 7 [Per-84] Persoz H. «a plaificatio des réseaux», Editios Eyrolles, 984 [Pha-5] Pham C. «"Détectio et localisatio de défauts das les réseaux de distributio HTA e présece de géératio d'éergie dispersée», Thèse de doctorat du Greoble INP, 9 septembre 5 [Pha-99] Aru G. «Hadbook of Electrical Egieerig Calculatios» 999 [Pi-98] Piel J. et al «Protectio cotre les perturbatios - Origies des perturbatios» Techique d igéieur, référece D57, avr. 998 [Pre-98] Prévé C. «Protectio des réseaux électriques», Hermès Paris

182 Bibliographie [Ram-6] Rami G. «Cotrôle De Tesio Auto Adaptatif Pour Des Productios Décetralises D éergies Coectées Au Réseau Electrique De Distributio», Thèse de doctorat du Greoble INP, 9 Novembre 6 [Ray-] Raymogue J. «a localisatio des défauts sur les réseaux HTA Pourquoi?, Commet?» EDF R&D, HR-44//6/A mars [Ric-6] Richardot O. «Réglage Coordoé de Tesio das les Réseaux de Distributio à l'aide de la Productio Décetralisée», Thèse de doctorat du Greoble INP, octobre 6 [Sa-] S&C Electric Compay [Sei-] [Sei-8] [Sei-98] [Sic-] [Wa-5] Scheider Electric Idustries - Guide de coceptio des réseaux électriques idustriels Scheider Electric Idustries - Protectio des réseaux électriques - Guide de la protectio Scheider Electrique Idustries CT 78 - Cahier techique «es schémas des liaisos à la terre das le mode et évolutios», 998 Caractéristiques des liges aériees HTA SICAE OISE- Wa H. et al «A Multi-Aget Approach to Protectio Relay Coordiatio with Distributed Geerators i Idustrial Power Distributio», Idustry Applicatios Coferece, 5. Fourtieth IAS Aual Meetig. Coferece Record of the 5. 75

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184 ANNEXES

185 Sommaire des aexes Aexe : es différets types de la mise à la terre du eutre Aexe : Nomeclature de foctios de protectio... 9 Aexe 3 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat phase Aexe 4 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat terre Aexe 5 : Réglage des protectios d ue arrivée Aexe 6 : aalyse électrotechique pour les défauts polyphasés Aexe 7 : e réseau les types et caractéristiques des coducteurs... 5 Aexe 8 : e réseau es caractéristiques de charges... 8 Aexe 9 : es variatios de gradeurs vérifiées avec Mathcad défaut triphasé, biphasé isolé, biphasé terre et moophasé... Aexe : a dépedace de l impédace calculée à la résistace du défaut... 8 Aexe : es performaces obteues avec des différets k... 3 Aexe : es cas de positioemets possibles pour les valeurs d impédace calculée. Calcul de discrimiatio e utilisat la méthode 4 avec les seuils e deux dimesios... 3 Aexe 3 : es formules de calcul du pourcetage de discrimiatio correcte Aexe 4 : Résultats pour le cas de mise à la terre de 4 méthodes, et Aexe 5 : Calcul de l impédace de mise à la terre pour le eutre compesé... 4 Aexe 6 : Exemple de résultat obteu e utilisat la méthode Aexe 7 : es coefficiets k et les pourcetages obteus avec la méthode 3 et la méthode Aexe 8 : es comparaisos de succès de discrimiatio etre les trois méthodes reposat sur les seuils fixes Aexe 9 : es résultats obteus das l étude des déclechemets doubles Aexe : Résultats obteus sur le réseau rural avec GED Aexe : es doubles déclechemets sur le réseau rural... 6 Aexe : Pla de protectio qui pred e compte de l apport des GED... 6 Aexe 3 : Impact sur le pla de protectio du dimesioemet et du positioemet de la GED65 Aexe 4 e réseau Caractéristiques de départ urbai Aexe 5 : es résultats obteus sur le réseau urbai avec GED... 69

186 Aexes Aexe : es différets types de la mise à la terre du eutre Nous présetos les caractéristiques de types de régi de eutre das le Tableau A-, et esuite ous décriros chaque type. Courat de défaut Type de réseaux HTA Maîtrise des surtesios et perturbatios iduites Tableau A-. Caractéristiques pour différets types de eutre Neutre isolé Iférieur à 3 A Réseaux HTA avec courat capacitif résiduel iférieur à 3 A : réseaux de câbles courts (logueur globale < km) réseaux uiquemet aéries Boe si I défaut < 3 A Neutre mis à la terre par impédace de compesatio Iférieur à q.q.dizaies d'a Tous types de réseaux HTA Boe à excellete Neutre mis à la terre par impédace limitatrice Quelques cetaies d'a Tous types de réseaux HTA Coditio : Prises de terre correctes Neutre mis à la terre directemet Quelques milliers d'a Tous types de réseaux HTA Coditio : Boes prises de terre Neutre mis à la terre directemet et distribué Quelques milliers d'a Tous types de réseaux HTA Moyee Mauvaise Boe si eutre distribuée Neutre isolé Schéma de pricipe Il existe aucue liaiso électrique itetioelle etre le poit eutre et la terre, à l exceptio des appareils de ure ou de protectio. Techique d exploitatio Das ce cas, u défaut phase-terre e provoque qu u faible courat par l itermédiaire des capacités phase-terre des phases saies (Figure A-). O démotre que I k = 3C ω V V état la tesio simple, C la capacité d ue phase par rapport à la terre, ω la pulsatio du réseau avec ω = π f e courat de défaut I k est faible. Il e dépasse pas quelques ampères (par exemple, u câble uipolaire 6 kv de 5 mm de sectio isolé au PRC dot la capacité est de,63 mf/km va avoir eviro A/km). Par coséquet, il est pas écessaire de l élimier, et o 79

187 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur maitiet la cotiuité de service (e Grade Bretage, Irlade, Japo, Allemage, Italie [Sei-98]). Si u deuxième défaut iterviet, il faut alors l élimier. Figure A- Courat de défaut capacitif sur réseau isolé Mais ceci etraîe les coséqueces suivates : l isolemet doit être surveillé e permaece, et u défaut o ecore élimié doit être obligatoiremet sigalé par u cotrôleur permaet d isolemet (CPI) ou par ue protectio à maximum de tesio résiduelle (ANSI 59N) (Figure A-), la recherche ultérieure du défaut exige d ue part u appareillage d autat plus complexe qu il est automatique, pour permettre ue idetificatio rapide du départ e défaut, et d autre part u service d etretie qualifié pour l exploiter, au cas où le premier défaut est pas élimié, u deuxième défaut surveat sur ue autre phase va provoquer u véritable court-circuit biphasé par la terre, lequel sera élimié par les protectios de phase. Figure A- Cotrôleur permaet d isolemet Protectio a détectio du départ e défaut peut se faire par l emploi d ue protectio à maximum de courat terre directioelle (ANSI 67N) (Figure A-3). e schéma motre que la discrimiatio se fait par comparaiso de l agle de déphasage etre la tesio résiduelle et les courats résiduels, d ue part du départ e défaut et d autre part de chaque départ sai. Normalemet, le courat résiduel est ul. Il est la somme de courats de phase. I rsd = I I I3. Pedat le défaut, des courats capacitifs créés par les autres liges, qui sot alimetées au même jeu de barres, peuvet être détectés passat par les trasformateurs de courat des départs. Ces courats capacitifs arrivet par les 8

188 Aexes départs sais vers le jeu de barres, ils se rassemblet autour de jeu de barres et ils passet esemble par le départ e défaut vers le défaut (Figure A-3). a ure du courat s effectue par u tore et le seuil de déclechemet est réglé : pour e pas déclecher itempestivemet, à ue valeur iférieure à la somme des courats capacitifs de tous les autres départs. Il s e suit ue difficulté de détectio pour les réseaux peu étedus de quelques cetaies de mètres de câble. Figure A-3 Détectio par maximum de courat terre directioelle Avatage Grâce aux faibles valeurs du courat lors d u premier défaut, le réseau pourra foctioer même pedat le défaut. C est le deuxième défaut qui écessitera ue coupure. Icovéiets a o-élimiatio des surtesios trasitoires par écoulemet à la terre est u hadicap majeur si elles sot élevées. De plus, e cas de mise à la terre d ue phase, les autres se trouvet portées à la tesio composée (U = 3 V) par rapport à la terre. Ceci reforce la probabilité d u secod défaut. e coût d isolemet est plus élevé car la tesio composée reste appliquée etre phase et terre pedat ue durée qui peut être logue puisqu il y a pas de déclechemet automatique lors du premier défaut. a surveillace de l isolemet est obligatoire, avec sigalisatio du premier défaut (sas actio de déclechemet). U service etretie équipé du matériel adéquat pour la recherche rapide du premier défaut d isolemet est écessaire. a mise e oeuvre de protectios sélectives au premier défaut est délicate. Il y a des risques de surtesios créées par ferrorésoace. 8

189 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Applicatios C est ue solutio souvet utilisée pour les réseaux idustriels (sous 5 kv) écessitat la cotiuité de service. E distributio publique, cette solutio se retrouve e Espage, Italie et Japo. Mise à la terre par résistace Schéma de pricipe Ue résistace est coectée volotairemet etre le poit eutre et la terre, Figure A-4. I k Figure A-4 Solutios de protectio terre Techique d exploitatio Das ce type de schéma, l impédace résistive limite le courat de défaut à la terre (I k sur le schéma), tout e permettat u bo écoulemet des surtesios. Mais, par coséquet, des protectios doivet iterveir automatiquemet pour élimier le premier défaut. Das les réseaux alimetat des machies tourates, la valeur de la résistace est détermiée pour obteir u courat I k de 5 à 5 A. Das les réseaux de distributio, o adopte des valeurs plus élevées ( A à 3 A) plus faciles à détecter et permettat l écoulemet des impulsios de foudre. Protectio a détectio d u courat de défaut I k faible écessite des protectios différetes de celles sur les phases (Figure A-4). Ces protectios de terre détectet le courat de défaut : soit directemet das la liaiso du eutre à la terre (Figure A-4 a), soit das le réseau e urat la somme vectorielle des 3 courats de phase e utilisat : 3 capteurs de courat de phase alimetat les protectios (Figure A-4 b), u tore : ure précise à utiliser de préférece (Figure A-4 c). e réglage du seuil se fait e foctio du courat de défaut Ik calculé e égligeat les impédaces homopolaires de source et de liaiso par rapport à l impédace RN et e teat compte de règles : 8

190 Aexes réglage >,3 fois l capacitif du réseau e aval de la protectio, réglage de l ordre de à % du courat maximum de défaut à la terre. De plus, si la détectio est réalisée par 3 trasformateurs de courat (TC), le réglage se situe, compte teu des techologies actuelles, das ue fourchette de 5 à 3 % du calibre des TC pour teir compte de l icertitude liée : à l asymétrie des courats trasitoires, à la saturatio des TC, à la dispersio des performaces. Avatages Ce schéma est u bo compromis etre u courat de défaut faible et des surtesios bie écoulées. Il exige pas l emploi de matériels ayat u iveau d isolemet etre phase et terre dimesioé pour la tesio composée. es protectios sot simples, sélectives et le courat est limité. Icovéiets a cotiuité de service du départ e défaut est dégradée ; e effet, e cas de défaut terre, celui-ci doit être élimié aussitôt (coupure au premier défaut). e coût de la résistace de mise à la terre croît avec la tesio et le courat limité. Réalisatio de la mise à la terre du poit eutre Si le eutre du réseau est accessible (existece d eroulemets couplés e étoile avec eutre sorti), la résistace de mise à la terre peut être brachée, soit etre eutre et terre (Figure A-5), soit par l itermédiaire d u trasformateur moophasé chargé au secodaire par ue résistace équivalete (Figure A-6). orsque le eutre est pas accessible (eroulemet e triagle) ou lorsque l étude du pla de protectio e démotre l itérêt, o réalise u poit eutre artificiel par u géérateur homopolaire raccordé sur le jeu de barres ; il est réalisé avec u trasformateur spécial à très faible réactace homopolaire : trasformateur étoile triagle dot le eutre primaire est directemet mis à la terre, et le triagle fermé sur résistace de limitatio (isolemet BT, doc solutio la mois oéreuse) (Figure A-7 a), trasformateur étoile triagle avec résistace de limitatio (isolemet HT) etre le poit eutre du primaire et la terre, et triagle fermé sur lui-même ; cette solutio est mois utilisée (Figure A-7 b). 83

191 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure A-5 Réalisatios de mise à la terre pour eutre accessible : résistace etre eutre et terre Figure A-6 Réalisatios de mise à la terre pour eutre accessible : résistace au secodaire d u trasformateur moophasé a b Figure A-7 Réalisatios de mise à la terre pour eutre o accessible. Résistace de limitatio a - au secodaire b - au primaire Applicatios Réseaux moyee tesio de distributio publique (Frace etre autres) et idustrielle. Mise à la terre par réactace faible Schéma de pricipe Ue réactace est itercalée volotairemet etre le poit eutre et la terre. Pour les réseaux de tesio supérieure à 4 kv, o préfère utiliser ue réactace plutôt qu ue résistace pour des raisos de difficulté de réalisatio dues au dégagemet de chaleur e cas de défaut (Figure A-8). [Sei-8] 84

192 Aexes Figure A-8 Réalisatio de mise à la terre pour eutre accessible Techique d exploitatio Das ce type de schéma, l impédace selfique limite le courat de défaut à la terre Ik, tout e permettat u bo écoulemet des surtesios. Mais par coséquet, des protectios doivet iterveir automatiquemet pour élimier le premier défaut. Pour réduire les surtesios de maoeuvre et permettre ue détectio simple, il faut que le courat I N soit très supérieur au courat capacitif total du réseau Ic. Das les réseaux de distributio, o adopte des valeurs élevées (3 à A), faciles à détecter et permettat l écoulemet des surtesios de foudre. Protectio e réglage de la protectio se situe au iveau de à % du courat de défaut maximum. a protectio est mois cotraigate que das le cas de la mise à la terre par résistace, d autat plus que I N est importat puisque I c est iférieur au courat limité. Avatages Ce schéma permet de limiter l amplitude des courats de défaut. Il permet la mise e œuvre de protectios sélectives simples si le courat de limitatio est très supérieur au courat capacitif du réseau. a bobie, de faible résistace, a pas à dissiper ue puissace thermique élevée, ce qui réduit so dimesioemet. E haute tesio, le coût de cette solutio est plus avatageux qu avec ue résistace. Icovéiets a cotiuité de service du départ e défaut est dégradée : e cas de défaut à la terre, celui-ci doit être élimié aussitôt (coupure au premier défaut). ors de l élimiatio des défauts terre, des surtesios importates peuvet apparaître, du fait des résoaces etre la réactace et la capacité du réseau. 85

193 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Réalisatio de la mise à la terre du poit eutre Si le eutre est accessible (eroulemets couplés e étoile avec eutre sorti), la réactace de mise à la terre peut être brachée etre eutre et terre. orsque le eutre est pas accessible (eroulemet e triagle) ou lorsque l étude du pla de protectio e démotre l itérêt, o réalise u poit eutre artificiel par ue bobie de poit eutre (BPN) raccordée sur le jeu de barres ; elle est réalisée par ue bobie zigzag avec eutre sorti (Figure A-9). Figure A-9 Réalisatio de mise à la terre pour eutre o accessible impédace etre les deux parties de l eroulemet, essetiellemet selfique et faible, limite le courat à des valeurs supérieures à A. ajout d ue résistace de limitatio etre le poit eutre de la bobie et la terre permet d abaisser l amplitude du courat de défaut (isolemet HT). Applicatios Réseaux MT de distributio publique (courats de plusieurs cetaies d ampères). Mise à la terre par réactace de compesatio Schéma de pricipe Ue réactace accordée sur la capacité phase-terre totale du réseau est itercalée etre le poit eutre et la terre de sorte qu e présece d u défaut à la terre, le courat das le défaut est voisi de zéro (Figure A-). Figure A- Défaut à la terre das u réseau avec réactace de compesatio à la terre 86

194 Aexes Techique d exploitatio Ce système permet de compeser le courat capacitif du réseau. E effet, le courat de défaut est la somme des courats qui parcouret les circuits suivats: la mise à la terre par réactace, les capacités des phases saies par rapport à la terre. Ces courats se compeset puisque : l u est selfique (das la mise à la terre), l autre est capacitif (das les capacités des phases saies). Ils s ajoutet doc e oppositio de phase. E pratique, la résistace qui est e parallèle de la bobie fait circuler u petit courat résistif de quelques ampères (Figure A-). I courat das la réactace I k I R V tesio résiduelle I C courat capacitif Figure A- Diagramme vectoriel des courats lors du défaut terre a réactace de compesatio s appelle alors bobie d extictio, ou bobie de Peterse. Ue liaiso de mise à la terre par réactace de compesatio est faite par ue résistace et ue bobie e parallèle. a résistace est utilisée pour limiter le courat de défaut par le eutre. a bobie peut être parfaitemet accordée avec le courat capacitif apporté par les départs, soit autour de celui (±35 A). a compesatio est réalisée par des divisios de l iductace de la bobie dot l excursio autour de la valeur de compesatio attedue est de ± 35 A sur les réseaux ERDF. Protectio a détectio du défaut repose sur la composate active du courat résiduel. E effet, le défaut provoque la circulatio de courats résiduels das l esemble du réseau, mais seul le circuit e défaut est parcouru par u courat résiduel résistif. De plus, les dispositifs de protectio doivet teir compte des défauts autoexticteurs répétitifs (défauts récurrets). orsque la réactace de la mise à la terre et la capacité du réseau sot accordées ( 3 N C ω = ), o a alors : le courat de défaut est miimum, c est u courat résistif, 87

195 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur le défaut est autoexticteur. Avatages Ce système permet de dimiuer les courats de défaut même si la capacité phaseterre est grade : extictio spotaée des défauts à la terre o permaets. A l edroit du défaut, les tesios de cotact sot limitées. e maitie e service de l istallatio est assuré malgré u défaut permaet. e sigalemet du premier défaut est doé par la détectio du passage du courat das la bobie. Icovéiets e coût de la réactace de mise à la terre peut être élevé e raiso de la écessité de modifier la valeur de la réactace pour adapter la compesatio. Pedat la durée du défaut, il faut s assurer que le courat résiduel circulat e présete pas de dager pour les persoes et les bies. es risques de surtesio trasitoire sur le réseau sot importats. a présece d u persoel de surveillace est écessaire. a mise e oeuvre de protectios sélectives au premier défaut est délicate. Applicatio es réseaux de distributio moyee tesio avec ue valeur de Ic élevée utiliset ce type de mise à la terre. es EPATR e sot plus valables, alors o utilise les Protectios Wattmétriques Homopolaires PWH (chapitre I, partie 4..4) et Protectios Voltmétriques Homopolaires PVH (chapitre I, partie 4..5). Neutre direct à la terre Schéma de pricipe Ue liaiso électrique d impédace ulle est réalisée itetioellemet etre le poit eutre et la terre. Techique d exploitatio e eutre état mis à la terre sas impédace de limitatio, le courat de défaut Ik etre phase et terre est pratiquemet u court-circuit phase eutre, doc de valeur élevée (Figure A-). 88

196 Aexes Figure A- Défaut à la terre das u réseau à eutre direct à la terre a coupure se fait au premier défaut d isolemet. Protectio a détectio de défaut impédat se fait par l utilisatio d ue protectio à maximum de courat terre temporisée (ANSI 5N), le réglage état de l ordre du courat omial. Avatages Ce schéma est idéal pour l écoulemet des surtesios. Il permet l emploi de matériels ayat u iveau d isolemet dimesioé pour la tesio simple. Il y a pas de protectios spécifiques : les protectios ormales de suritesités de phases peuvet être sollicitées pour élimier les défauts phase-terre fracs. Icovéiets Ce schéma etraîe tous les icovéiets et dagers d u fort courat de défaut terre : dégâts et perturbatios sot maximaux. Il y a pas de cotiuité de service du départ e défaut. e dager pour le persoel est importat pedat la durée du défaut car les tesios de cotact qui se développet sot élevées. Applicatios Ce type de schéma est pas utilisé das les réseaux moyee tesio europées aéries ou souterrais, mais par cotre gééralisé das les réseaux de distributio ord-américais. Das ces réseaux (aéries), d autres particularités itervieet pour justifier ce choix : existece d u coducteur eutre distribué, distributio 3 phases ou phases et eutre ou phase et eutre, utilisatio du coducteur eutre comme coducteur de protectio avec mise à la terre systématique à presque chaque poteau. 89

197 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe : Nomeclature de foctios de protectio e Tableau A- présete les foctios des protectios selo leur code ANSI [Sei-8]. Tableau A-. Foctios des protectios Code ANSI ibellé de la foctio Défiitio Survitesse Détectio de survitesse des machies tourates 4 Sous vitesse Détectio de sous vitesse des machies tourates Protectio de distace Détectio de ure d impédace B Miimum d impédace Protectio de secours des géérateurs cotre les courts-circuits etre phases 4 Cotrôle de flux Cotrôle de surfluxage 5 Cotrôle de sychroisme Cotrôle d autorisatio de couplage de deux parties de réseau 6 Thermostat Protectio cotre les surcharges 7 Miimum de tesio Protectio pour cotrôle d ue baisse de tesio 7D Miimum de tesio directe Protectio des moteurs cotre u foctioemet à tesio isuffisate 7R Miimum de tesio rémaete Elle permet la recoexio après la disparitio de la tesio rémaete etreteue par les machies tourates suite à la décoexio de l alimetatio 7TN Détectio de défaut d isolemet à la terre Miimum de tesio résiduelle d eroulemets statoriques (eutre (harmoique 3) impédat) 3P Maximum de puissace active Protectio de cotrôle de trasfert directioelle maximal de puissace active 3Q Maximum de puissace réactive Protectio de cotrôle de trasfert directioelle maximal de puissace réactive 37 Miimum de courat phase Protectio triphasée cotre les miima de courat 37P Miimum de puissace active Protectio de cotrôle de trasfert directioelle miimal de puissace active 37Q Miimum de puissace réactive Protectio de cotrôle de trasfert directioelle miimal de puissace réactive 38 Surveillace de température de paliers 4 Perte d excitatio 46 Maximum de composate iverse 47 Maximum de tesio iverse 48 5R Démarrage trop log et blocage rotor Protectio cotre les échauffemets aormaux des paliers des machies tourates Protectio des machies sychroes cotre défaut ou perte d excitatio Protectio cotre les déséquilibres des courats des phases Protectio de tesio iverse et détectio du ses de rotatio iverse de machie tourate Protectio des moteurs cotre le démarrage e surcharge ou sous tesio réduite, et pour charge pouvat se bloquer 49 Image thermique Protectio cotre les surcharges 49T Sode de température Protectio cotre les échauffemets aormaux des eroulemets des 9

198 Aexes machies 5 Maximum de courat phase Protectio triphasée cotre les courtscircuits etre phases istataée 5BF Défaillace disjocteur Protectio de cotrôle de la oouverture du disjocteur après ordre de déclechemet Protectio cotre les défauts à la terre : 5N ou 5G 5N : courat résiduel calculé ou uré Maximum de courat terre par 3 TC5G : courat résiduel uré istataée directemet par u seul capteur (TC ou tore) 5V Protectio triphasée cotre les courtscircuits etre phases, à seuil dépedat Maximum de courat phase à reteue de tesio istataée de la tesio 5 /7 Mise sous tesio accidetelle Détectio de mise sous tesio géérateur accidetelle de géérateur 5 Protectio triphasée cotre les Maximum de courat phase surcharges et les courts-circuits etre temporisée phases 5N ou 5G Maximum de courat terre temporisée Protectio cotre les défauts à la terre : 5N : courat résiduel calculé ou uré par 3 TC 5G : courat résiduel uré directemet par u seul capteur (TC ou tore) 5V Protectio triphasée cotre les courtscircuits etre phases, à seuil dépedat Maximum de courat phase à reteue de tesio temporisée de la tesio 59 Maximum de tesio résiduelle Protectio de détectio de défaut d isolemet 63 Pressio Détectio de défaut itere trasformateur (gaz, pressio) 64REF Différetielle de terre restreite Protectio cotre les défauts à la terre d eroulemets triphasés couplés e étoile avec eutre relié à la terre 64G % stator géérateur Détectio de défauts d isolemet à la terre des eroulemets statoriques (réseau à eutre impedat) 66 imitatio du ombre de démarrages Protectio cotrôlat le ombre de démarrages des moteurs 67 Protectio triphasée cotre les courtscircuits selo le ses d écoulemet du Maximum de courat phase directioelle courat 67N/67NC Protectio cotre les défauts à la terre Maximum de courat terre selo le ses d écoulemet du courat directioelle (NC : Neutre Compesé) 78 Saut de vecteur Protectio de découplage à saut de vecteur 78PS Perte de sychroisme (pole slip) Détectio de perte de sychroisme des machies sychroes e réseau 79 Réeclecheur Automatisme de refermeture de disjocteur après déclechemet sur défaut fugitif de lige 8H Maximum de fréquece Protectio cotre ue fréquece aormalemet élevée 8 Miimum de fréquece Protectio cotre ue fréquece aormalemet basse 8R Dérivée de fréquece (rocof) Protectio de découplage rapide etre 9

199 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 87B 87G 87 87M 87T 87N Différetielle jeu de barres Différetielle géérateur Différetielle lige Différetielle moteur Différetielle trasformateur Différetielle terré résistate deux parties de réseau Protectio triphasée cotre les défauts iteres de jeu de barres Protectio triphasée cotre les défauts iteres d alterateurs Protectio triphasée cotre les défauts iteres de lige Protectio triphasée cotre les défauts iteres de moteur Protectio triphasée cotre les défauts iteres de trasformateur Protectio à haute ou base impédace restreite cotre les défauts terre résistate 9

200 Aexes Aexe 3 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat phase a foctio cosiste à détecter le «ses du courat du défaut». e but est e fait de détecter le sige de la puissace active liée au défaut. O a doc besoi du déphasage ϕcc ( U, I) etre la tesio et le courat de court-circuit. Pour le détermier, o compare le courat d ue phase par rapport à ue tesio (dite de polarisatio). Habituellemet, c est la tesio etre les deux autres phases que la phase du courat uré. Pour expliquer ceci, cosidéros l exemple du défaut sur la phase et de la tesio U 3 (Figure A-3). Figure A-3 e choix de la tesio urée pour les protectios directioelles Cette tesio U 3 est perpediculaire au courat I pour u déphasage ul avec la tesio V, = simple ( ( ) cc I ϕ ), c'est-à-dire que l agle détermié par la protectio (etre U 3 et I ) est de 9. O a besoi d ue tesio composée puis que la tesio, etre phase et terre (exemple : V, V, V 3 ), vue par ue protectio, pedat u défaut triphasé proche, est très faible voire même ulle. es tesios composées, etre la phase urée et ue autre phase (exemple : U ), sot aussi faibles lors d u court-circuit biphasé etre ces phases (otre exemple : et ), aussi très proches de la protectio. Alors, le choix de la tesio composée permet d avoir ue amplitude de tesio suffisate. a protectio ampèremétrique directioelle décleche si le courat est supérieur au seuil de réglage (comme les protectios sas la foctio de directioalité) et si le courat est das la zoe de déclechemet (Figure A-4). agle etre I et U 3, β, correspod au déphasage ϕ = 9 etre I et V. β 93

201 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure A-4 oes de déclechemet de la protectio directioelle pour u agle caractéristique θ=45 (phase ) a zoe de déclechemet est défiie par u agle caractéristique, θ, etre la perpediculaire à la droite limite etre ces deux zoes et le vecteur de polarisatio. es valeurs d agles sot 3,45,6, mais gééraleme t la valeur de 45 est utilisée [Pre-98]. E regardat la Figure A-4, o peut observer que les zoes des courats de court-circuit sot de part et d autre de la droite à 45 de U 3. Cette valeur de 45 est ue valeur médiae qui doit être ajustée e foctio du type de réseau. e cas réseaux avec le rapport de liges importate. Par cotre, le cas avec le rapport de lige x r x r θ =3 est mieux adapté pour les élevé, c est-à-dire pour les liges de sectio θ =6 assure ue meilleure détectio du défaut d u réseau faible doc pour u réseau avec des câbles de faible sectio, [Pre_98]. es valeurs 3, 7, 57, et 99, motrée s das la Figure A-4 représetet des limitatios obteues par des rapports représetatives pour les limites 3,3< x r pour de défauts ceux proches (3 et 7 qui sot x < habituellemet valables pour les réseaux HTA) r et ceux éloigé (57 représete la lige de 4 de mm² Alu et 99 représete le câble 95 mm²). 94

202 Aexes Aexe 4 : e foctioemet de la protectio ampèremétrique à maximum de courat terre Ces protectios peuvet avoir la foctio directioelle. Das ce cas, la protectio à maximum de courat terre directioelle (code 67 N) est activée si, pedat ue durée égale au mois à la temporisatio choisie, le courat résiduel est supérieur au seuil de réglage (comme la protectio à maximum de courat terre sas la détectio du «ses du courat») et si la phase du courat résiduel par rapport à la tesio résiduelle est das la zoe de déclechemet (Figure A-4). Comme das le cas de protectio à maximum de courat de phase directioelle, la zoe de déclechemet est défiie par u agle caractéristique φ rsd, etre la perpediculaire à la droite limite etre les zoes (de déclechemet et o déclechemet) et la tesio résiduelle V rsd polarisatio). Pour urer la tesio résiduelle, ous avos deux possibilités : (la tesio de de maière idirecte avec trois trasformateurs de tesios phase terre et u appareil qui détermie la somme vectorielle (milieu de la Figure A-5). de maière directe avec trois trasformateurs de tesios dot les secodaires sot brachés e triagle ouvert, o obtiet alors la tesio résiduelle (bas de la Figure A- 5). Figure A-5 es possibilités de ure de la tesio résiduelle Vred et des tesios de phase Vi qui peuvet permettre de la recalculer a protectio à maximum de courat de terre directioelle est utilisée pour détecter le ses d u courat de défaut à la terre mais égalemet pour distiguer u courat capacitif. Cela est écessaire lorsque le eutre est mis à la terre par ue résistace de limitatio (avec u réseau étedu qui a des courats capacitifs importats lors d u défaut etre phase et terre) ou isolé. Par cotre, elle est pas adaptée aux réseaux à eutre mis à la terre par réactace de compesatio. Il existe ue protectio à maximum de courat terre directioelle pour réseau à eutre compesé (code 67 NC). Cette protectio est capable de discrimier le courat d u départ e défaut d u courat capacitif d u départ sai. Elle est activée si la composate active du 95

203 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur courat résiduel est supérieure au seuil de réglage et si cette composate se retrouve das la zoe de déclechemet. a protectio a l agle de réglage θ =8. O trace alors la perpediculaire à V rsd et o crée aisi la lige qui sépare les deux zoes (de déclechemet et de o déclechemet). a tesio V rsd se retrouve das la zoe de o déclechemet. a composate active du courat résiduel, I p,rsd, est alors la projectio du courat I rsd sur la droite du V rsd (Figure A-6). C est cette projectio qui est utilisée. Figure A-6 oe de déclechemet de la protectio à maximum de courat terre directioelle pour réseau à eutre compesé. 96

204 Aexes Aexe 5 : Réglage des protectios d ue arrivée Nous e cosidéros que le cas d ue arrivée e simple attache car c est le cas le plus fréquet das les départs HTA publics. a simple attache a u avatage du poit de vue de la détectio du courat résiduel lors d u défaut. a protectio d arrivée ure u courat résiduel créé par l impédace de mise à la terre. Par cotre, la protectio d arrivée das le cas de la double attache ure u courat résiduel total créé aussi par les courats capacitifs passat par les liges saies de la deuxième attache (Figure A-7). Figure A-7 es courats résiduels urés sur les arrivées e simple et double attache Nous présetos les coditios à respecter afi d effectuer le réglage de la protectio pour le relais ampèremétriques de phase protectio à temps costat. e réglage doit respecter les cotraites suivates : Etre assez élevé pour permettre d utiliser les possibilités de surcharge du trasformateur HTB/HTA sas risque de déclechemet itempestif. a valeur de surcharge à predre e compte est de 5% Etre aussi faible que possible pour que la protectio d arrivée assure u certai secours des protectios des départs. e courat doit respecter la coditio I r >, 6 I,ou I t est l itesité omiale trasformateur et le coefficiet,6 pred e compte le trasitoire d eclechemet. Das les réseaux à forte desité idustrielle, les courats des moteurs qui sot restés raccordés au réseau sot plus grads et doc le coefficiet est de à,5 I t, plus élevé que la valeur habituelle. Il y a lieu toutefois de s assurer que le réglage adopté permet de détecter les défauts biphasés apparaissat sur le jeu de barres dot l itesité est préseté das l équatio (A-) où X HTB est l impédace côte HTB et X T l impédace du trasformateur. I U t = CCB ( X HTB X T ) (A-) 97

205 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Cette protectio impose, aux protectios de départs, la limite maximale de temporisatio de s et limite doc de ce fait le ombre de protectio que l o peut mettre e série das u départ avec ue sélectivité temporelle). Aexe 6 : aalyse électrotechique pour les défauts polyphasés E utilisat les otatios présetés das la partie 3. du chapitre II, ous présetos les résultats de l aalyse électrotechique par composates symétriques pour les défauts triphasés et biphasés (sas et avec la terre). Défaut triphasé Das ce cas, les composates symétriques comportet seulemet ue composate directe [Pre-98]. e schéma est préseté das la Figure A-8. I t ( ) I ( ) V V R V V R a b I ( ) V V c Figure A-8 e schéma direct das le cas de défaut triphasé a - cas gééral ; b - cas simplifié t -égligée; c - cas simplifié R -égligée. es formules de la tesio et du courat sot les plus simples à obteir das le cas du défaut triphasé car o a u seul schéma e composate directe. équatio (A-) correspod à la Figure A-8,a, le cas gééral. es équatios (A-3) et (A-4) correspodet aux Figure A- 8,b et Figure A-8,c t V = V et I t R l V = V et I R = V = V V = t = et I V V R = l V R (A-) (A-3) (A-4) 98

206 Aexes A partir de la formule ci-dessus, o peut détermier la sesibilité à et à. Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de ure, pour u défaut triphasé V V = < Pour u lieu de défaut doé, la tesio directe urée dimiue et ted vers quad o s approche du poit du défaut. a pete est iversemet proportioelle à la distace du défaut et à la résistace du défaut (Figure A-9,a). Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de défaut, pour u défaut triphasé V V = ( ) > Pour u lieu de ure doé, la tesio directe urée augmete et ted vers la tesio omiale à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ (Figure A-9,b). V V < > V V < lige lige a b Figure A-9 Défaut triphasé - a variatio de la tesio directe urée e foctio de a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut triphasé a sesibilité e foctio de la résistace de défaut R est importate pour les réglages car les plages de variatio de la tesio sot de plus e plus réduites à ure que la résistace de défaut augmete, comme il est illustré das la Figure A-. V V R bleu rouge < > R = > R lige V V R bleu rouge < R = R > lige a b 99

207 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure A- Défaut triphasé - a sesibilité de la tesio directe urée à la résistace de défaut e foctio de : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de ure, pour u défaut triphasé I = Pour u lieu de défaut doé, le courat direct uré e varie pas (Figure A-,a). Evidemet, cette affirmatio est valable que das ce cas simplifié d étude, car les braches secodaires et les cosommateurs d u départ réel vot faire varier le courat le log du départ. Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de défaut, pour u défaut triphasé O voit que le courat ted vers l ifii si le lieu de défaut se déplace vers la tête du départ, das le cas où les impédaces de trasformateur sot égligées, car, comme les formules simplifiées le motret, le courat varie de maière iversemet proportioelle avec le lieu du défaut. I V = ( ) Pour u lieu de ure doé, le courat direct uré dimiue et ted vers le courat omial à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ (Figure A-,b). a valeur la plus grade, pour u défaut proche du poste source, dépedra de l impédace du trasformateur. Das cette étude, afi d éviter u courat de défaut ifii e tête du départ, o a iséré l impédace du trasformateur. I I R < > bleu R = rouge > R lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A- Défaut triphasé - a sesibilité du courat direct uré à la résistace de défaut e foctio de : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité du courat direct e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut triphasé e courat, comme la tesio, a des variatios de plus e plus réduites à ure que la résistace de défaut augmete. a courbe de variatio du courat ted vers le courat omial si le lieu du défaut se déplace vers la fi du réseau. Par coséquet, la différece

208 Aexes etre les valeurs de courats urés pour deux lieux de défaut (avec la même résistace de défaut R déf ) dimiue avec l augmetatio de leur résistace de défaut, R (Figure A-). e courat direct e varie pas e foctio de lieu de ure mais la tesio directe urée est sesible au lieu du défaut. Doc si o veut discrimier avec des seuils commus pour toutes les protectios, la tesio directe sera u bo choix pour les défauts triphasés. a tesio directe urée a aussi ue plage de variatio supérieure à celle de la variatio du courat direct uré, doc la tesio est plus discrimiate e foctio du lieu du défaut. Défaut biphasé isolé e défaut biphasé comporte u schéma iverse supplémetaire par rapport au défaut triphasé [Pre-98]. I t ( ) I ( ) I ( ) V V R V V R V V I t V ( ) I V ( ) I V ( ) a b c Figure A- e schéma (direct et iverse) das le cas de défaut biphasé isolé : a - cas gééral ; b - cas simplifié t -égligée; c - cas simplifié t, R -égligées es formules cotieet aussi des élémets suivat la composate iverse. équatio (A- 5) correspod au cas gééral préseté das la Figure A-,a. es équatios (A-6) et (A-7) correspodet aux Figure A-,b et Figure A-,c et à leurs simplificatios; V V I I = V = V = t = I t t V t t R R t t t (A-5)

209 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur = = = V I V V V V ) ( ) ( (A-6) ( ) = = = V I V V V V ) ( ) ( (A-7) Afi de trouver la sesibilité à et, les dérivées sot étudiées et les courbes de variatios iterprétées. Premièremet, les variatios de la tesio directe sot étudiées suivat la positio du défaut et suivat la positio de la ure. Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé isolé ( ) = V V Pour u lieu de défaut doé, la tesio directe urée dimiue et ted vers k V, où k =, quad o s approche du poit du défaut (Figure A-3,a). Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé isolé ( ) ( ) = V V Pour u lieu de ure doé, la tesio directe urée augmete et ted vers ue tesio iférieure à V à ure que le poit de défaut se déplace du poit de ure vers l extrémité du départ (Figure A-3,b).

210 Aexes V k V V R a bleu rouge < > R = > R lige V k V V R < = > bleu R rouge R lige b Figure A-3 Défaut biphasé isolé - a variatio de la tesio directe urée e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Esuite ous présetos les variatios de la tesio iverse. Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé isolé V = ( ) V Pour u lieu de défaut doé, la tesio iverse urée augmete et ted vers k V quad o s approche du poit de défaut et elle reste costate esuite (Figure A-4,a). expressio du coefficiet est celle obteue pour l étude de la variatio de la tesio directe. Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé isolé V = V ( ) ( ) Pour u lieu de ure doé, la tesio iverse urée dimiue depuis la valeur k V comme ue foctio iverse de la distace du défaut (Figure A-4,b). k V V R bleu rouge < > R = R > lige k V V R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-4 Défaut biphasé isolé - a variatio de la tesio iverse urée e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité des tesios directe et iverse e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut triphasé 3

211 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur O peut voir das les deux figures, Figure A-3 et Figure A-4, que la plage de variatio de la tesio iverse vaut k V où k = k = si =. Aisi, l utilisatio des valeurs de la tesio doit être deux fois plus précise que pour u défaut triphasé pour faire la discrimiatio etre les zoes où le défaut a eu lieu. De même, o peut vérifier que l augmetatio de la résistace de défaut réduit toujours la plage de variatio de la tesio urée et doc uit à cette discrimiatio etre les lieux de défaut. a discrimiatio est possible égalemet par les deux composates de la tesio, car elles variet sur des plages de gradeurs de la même valeur. a composate iverse sera de plus utilisable pour la détectio car elle est présete lors d u déséquilibre etre les phases. Das la suite, ous présetos la sesibilité du courat. Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé isolé I = Pour u lieu de défaut doé, le courat direct uré e varie pas car sa pete est toujours ulle (Figure A-3,a). Cette costatatio se justifie par les mê raisos que das le cas de défauts triphasés : u départ avec les charges cocetrées à la fi et sas braches secodaire est parcouru par u courat costat le log de la lige. Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé isolé I = ( ) ( ) V Pour u lieu de ure doé, le courat uré dimiue et ted vers u courat supérieur à I à ure que le poit de défaut se déplace du poit de ure vers l extrémité du départ (Figure A-5,b). I I R bleu rouge < > R = > R lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-5 Défaut biphasé isolé - a variatio du courat direct uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Esuite, ous présetos les variatios du courat iverse. 4

212 Aexes Nous avos vu que le courat iverse lors d u défaut est égal à l opposé du courat direct, voir l équatio (A-5). Doc à part le sige qui chage, les variatios serot les mê et doc les discrimiatios des lieux e défaut serot de la même précisio qu e utilisat le courat direct. Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé isolé I = a composate iverse du courat e varie pas e foctio du poit de ure, Figure A-6,a, car o a pas de piquages (charges ou braches secodaires). Il est ormal d avoir la même variatio ulle e foctio du lieu du défaut comme la composate directe (tat que les courats iverse et direct sot égaux e module). Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé isolé I = ( ) ( ) V ted vers - I (Figure A-6,b). Pour u lieu de ure doé, le courat uré augmete et I I R bleu rouge < > R = > R lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-6 Défaut biphasé isolé - a variatio du courat iverse uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité des courats direct et iverse e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut biphasé isolé O peut regarder das les deux figures, Figure A-5 et Figure A-6, que les plages de variatio du courat direct et iverse sot idetiques (e théorie). De même, o peut vérifier que l augmetatio de la résistace de défaut réduit toujours la plage de variatio, et doc la discrimiatio sera mois précise pour les défauts résistifs. es courats urés peuvet avoir des valeurs maximales qui dépedet proportioellemet du iveau de tesio et iversemet proportioellemet de l impédace du trasformateur. aalyse ous a apporté des iformatios sur les gradeurs lors d u défaut biphasé isolé. a tesio iverse varie sur ue plage de la même taille que celle de la tesio directe. a 5

213 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur différece etre les deux composates symétriques de la tesio est le ses de variatio. Mais cette particularité a pas aucu effet sur la discrimiatio du lieu du défaut. es deux composates variet lors du déplacemet du lieu de ure. E coclusio, elles sot utilisables de maière égale pour la discrimiatio. a tesio iverse peut apporter ue précisio supplémetaire de détectio car elle est ulle pedat le foctioemet ormal (ou très faible à cause des charges déséquilibrées). a plage de variatio (e foctio du lieu du défaut) du courat est pas plus grade (e valeurs relatives) que celle de la tesio. e courat e varie pas e foctio du lieu de ure. e courat iverse a les variatios et sesibilités iverses par rapport au courat direct, mais la plage de variatio est de la même taille. C est pourquoi o choisira la tesio et plus spécifiquemet la tesio iverse si o veut l utiliser pour la détectio aussi, sio la composate directe peut être aussi utilisée. Défaut biphasé à la terre Das ce cas, le schéma cotiet aussi des élémets homopolaires du fait que le schéma du défaut se referme à la terre par la mise à la terre du trasformateur et aussi par le défaut [Pha-99], Figure A-7. Ces élémets, otammet le courat homopolaire, facilitet la détectio du défaut et la distictio etre ce cas de défaut et u défaut biphasé isolé. e défaut avec la terre fait apparaître les gradeurs homopolaires mais apporte aussi ue grade source d erreur : la résistace de défaut avec la terre qui a ue plage de variatio bie plus grade que celle du défaut etre phases. Doc, u défaut biphasé à la terre résistif est souvet plus difficile à localiser que les défauts etre les phases (triphasé et biphasé) isolés de la terre. I t ( ) R I ( ) V V V V I t ( ) R I ( ) V V t I ( ) R 3 R terre I ( ) 3 3 C V C V a b Figure A-7 e schéma (direct, iverse et homopolaire) das le cas de défaut biphasé avec terre : a - cas gééral ; b - cas simplifié t et R égligées. Das la Figure A-7,b, ous avos regroupé l esemble formé par l impédace de mise à la terre et le capacitif e utilisat l impédace équivalete suivate : 6

214 Aexes C j C j C = ω ω (A-8) a otatio tiet compte de la simplificatio de l impédace du trasformateur. Doc, das le cas réel, l impédace équivalete regroupe l impédace homopolaire du trasformateur mise e série avec l impédace de mise à la terre. Nous avos utilisé cette otatio pour faciliter la lecture des formules (A-9), (A-), (A-) et parce que les élémets impliqués e variet pas i e foctio du lieu du défaut, i e foctio du poit de ure. es équatios de la tesio urée (suivat chaque composate) sot alors les suivates : ( ) ( ) ( ) = terre t t t terre t t t t t R R C j C j R R R C j C j R R V V ω ω ω ω (A-9) ( ) ( ) ( ) = ) ( t terre t t t terre t t t t t R R R R C j C j R R R C j C j R R V V ω ω ω ω (A-)

215 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur 8 ( ) ( ) ( ) ( ) = ) ( C j C j R R R R R R C j C j R R R C j C j R R V V t t terre terre terre t t t terre t t t t t ω ω ω ω ω ω (A-) Pour étudier les variatios, ous allos simplifier ces équatios e utilisat les hypothèses suivates (,,,, terre t t t R R sot égligées). Négliger l impédace homopolaire du trasformateur a pas u impact aussi importat sur les résultats que de égliger les deux autres composates symétriques du trasformateur (directe et iverse). explicatio est visible das la Figure A-7,b, où l o observe que la composate homopolaire du schéma a l impédace équivalete C e tête du départ et alors pour la protectio Poste Source (pour lequel est ulle), la tesio homopolaire urée, présetée das l équatio (A-5), correspod à la tesio sur cette impédace équivalete. a tesio directe urée, présetée das l équatio (A-), e tête du départ, lors de l absece de l impédace directe du trasformateur, pred la valeur de la tesio omiale, V pour u lieu de défaut quelcoque (sauf lors du défaut e tête du départ pour lequel le circuit a aucue impédace de lige, et la tesio deviet ulle). a tesio iverse urée, voir l équatio (A-4), e tête du départ est ulle car elle représete la différece de potetiel etre deux poits etre lesquels il y a pas d impédace. Evidemmet, ous e ous focaliseros pas sur ces phéomèes car ils déformet la réalité et apportet aucue précisio sur l aalyse électrotechique. Doc les courbes de variatios de gradeurs motrées sot pour u poit de ure déployé sur le départ ( ). Cette situatio évite les problè liés à l absece d u miimum d impédace (etre les bores de ure des tesios). expressio de la tesio directe est alors la suivate : [ ] = C C V V (A-)

216 Aexes Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre Pour u lieu de défaut doé, la tesio directe urée dimiue et ted vers α V, où α est u coefficiet décrit das l équatio (A-3), quad o s approche du poit de défaut et après elle reste costate (Figure A-8,a). α = (A-3) ( C ) ( ) C Étude de la sesibilité de la tesio directe e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre Pour u lieu de ure doé, la tesio directe urée augmete à partir de la valeur α V vers ue tesio iférieure à V à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ (Figure A-8,b). V α V V R bleu rouge < > R = > R lige V α V V R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-8 Défaut biphasé avec terre- a variatio de la tesio directe urée e foctio de : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut expressio de la tesio iverse est doée par la formule suivate : V = V [ ] (A-4) C C Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre Pour u lieu de défaut doé, la tesio iverse urée augmete liéairemet de à α V quad o s approche du poit de défaut et après elle reste costate (Figure A-9,a). Étude de la sesibilité de la tesio iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre 9

217 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Pour u lieu de ure doé, la tesio iverse urée dimiue de la valeur α V et ted vers ue tesio proche de à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ (Figure A-9,b). α V V < > bleu R = R rouge R > lige α V V R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-9 Défaut biphasé avec terre- a variatio de la tesio iverse urée e foctio de : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Das l équatio (A-3), si >> ( ) C α. Ce cas correspod à u réseau avec des liges très capacitives et/ou avec ue impédace de mise à la terre importate : ceci coduit à ue impédace équivalete plus grade que l impédace de la lige. Alors, aussi das ce cas, la plage de variatio des tesios directe et iverse est réduite de moitié par rapport à la plage de variatio de la tesio directe lors d u défaut triphasé. Et, efi, la composate homopolaire de la tesio peut aussi être écrite sous la forme suivate : 5) C V = V [ ] (A C C C Étude de la sesibilité de la tesio homopolaire e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre Pour u lieu de défaut doé, la tesio homopolaire urée augmete liéairemet de ß V à α V, où β = α C C, quad o s approche du poit de défaut et après elle reste costate; Das le cas où >> x c lige, la tesio homopolaire peut être cosidérée comme costate (Figure A-3,a et équatio (A-6)). Ce cas correspod à la même situatio que celle présetée ci-dessus (u réseau avec des liges très capacitives

218 Aexes et/ou avec ue impédace de mise à la terre importate comme par exemple u eutre compesé). C β = α, Si >> C β α V (A-6) C Étude de la sesibilité de la tesio homopolaire e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre Pour u lieu de ure doé, la tesio homopolaire urée dimiue très légèremet de la valeur α V vers ue tesio supérieure à ß V à ure que le poit de défaut se déplace vers l extrémité du départ (Figure A-3,b). α V β V V R bleu rouge < > R = > R lige α V β V V R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-3 Défaut biphasé avec terre- a variatio de la tesio homopolaire urée e foctio de a distace de la poit de ure ; b distace du lieu de défaut es composates iverse et directe variet sur des plages de la même taille qui semblet plus grades que la plage de variatio de la tesio homopolaire. Même si la composate homopolaire pourrait permettre de mieux détecter u défaut biphasé avec la terre (grâce à so existece lors d ue liaiso à la terre), sa capacité de discrimiatio semble plus limitée pour des impédaces de mise à la terre importates, des départs capacitifs ( C ) et pour u trasformateur HTB-HTA avec ue importate impédace homopolaire. Nous cotiuos otre aalyse sur le défaut biphasé à la terre avec l aalyse du courat. Étude de la sesibilité du courat direct, iverse et homopolaire e foctio de la résistace de défaut, pour u défaut biphasé à la terre O peut faire les mê remarques que les cas précédets pour la sesibilité à R. a plage de variatio est dimiuée quad la résistace du défaut augmete. e courat direct uré lors d u défaut biphasé avec la terre sera décrit par la formule (A- 7) : I = V [ ] C C (A-7)

219 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre I = a pete de variatio du courat direct est toujours ulle (Figure A-3,a). Étude de la sesibilité du courat direct e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre a Figure A-3,b motre que, pour u lieu de ure doé, le courat direct dimiue et ted toujours vers I si le lieu de défaut se déplace vers la fi du départ. I I R bleu rouge < > R = R > lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-3 Défaut biphasé avec terre - a variatio du courat direct uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut O e peut plus faire la même remarque sur les courats iverse et direct que das le cas de défaut biphasé isolé. e courat iverse sera plus difficile à écrire e équatios mathématiques, (A-8). Et il sera aussi difficile de proposer ue tedace simple pour l évolutio de cette gradeur. I = V d [ ] C C (A-8) Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre I = Il y a pas de variatio le log de la lige pour u lieu de défaut doé e aval de la ure (Figure A-3,a). Étude de la sesibilité du courat iverse e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre

220 Aexes O observe que pour u lieu de ure doé, le courat uré augmete et ted vers - I (Figure A-3,b). Même si la formule est plus compliquée que das le cas de défaut isolé, l allure ressemble à celle du cas précédet. O voit de ouveau que les variatios de courat iverse et direct sot symétriques par rapport à l axe horizotal (courat ul) et doc leurs apports aux discrimiatios du lieu e défaut serot presque idetiques. I I R bleu rouge < > R = > R lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-3 Défaut biphasé avec terre - a variatio du courat iverse uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Et fialemet, le courat homopolaire sera décrit par la formule (A-9) : I = V l d l l l i i l l l d l [ l ] C l l C l C l l (A-9) Étude de la sesibilité du courat homopolaire e foctio du lieu de ure, pour u défaut biphasé à la terre I = e courat homopolaire e varie pas e foctio du poit du ure pour u lieu de défaut fixé (Figure A-33,a). Étude de la sesibilité du courat homopolaire e foctio du lieu de défaut, pour u défaut biphasé à la terre a composate homopolaire du courat de défaut lors d u défaut biphasé avec la terre est celle qui varie le mois parmi toutes les composates symétriques du courat. e courat homopolaire est lié au défaut lui-même et aussi au capacitif etier du départ. 3

221 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur I I R bleu rouge < > R = > R lige I I R bleu rouge < R = R > lige a b Figure A-33 Défaut biphasé avec terre - a variatio du courat homopolaire uré e foctio de la résistace de défaut et de la : a distace du poit de ure ; b distace du lieu de défaut Étude de la sesibilité du courat direct, iverse et homopolaire e foctio de la résistace du défaut, pour u défaut biphasé à la terre ifluece de la résistace du défaut sur les composates symétriques reste toujours égative par rapport aux précisios de discrimiatio. es défauts résistifs serot toujours les plus difficiles à discrimier. a composate homopolaire du courat est peu sesible au lieu du défaut et alors défavorable pour la discrimiatio. A cause de l isesibilité du courat à la variatio du poit de ure, ous choisiros la tesio comme la gradeur utilisable. Si la dépedace e foctio de lieu de ure est pas utilisée, les plages de variatios du courat et de la tesio serot comparables mais il faut les évaluer sur différets réseaux d étude car les formules e permettet pas de quatifier l étedue de la plage (pour les formules simplifiées, les courats directs et iverses serot ifiis lors d u défaut e tête du départ). 4

222 Aexes Aexe 7 : e réseau les types et caractéristiques des coducteurs e Tableau A-3 présete les différets types de coducteurs : Tableau A-3. Caractéristiques des coducteurs HTA Type () Type () Nature Souterrai Nature Souterrai Métal Alumiium Métal Alumiium Techologie HN 33 S 3 Techologie HN 33 S 3 Sectio (mm²) 63 Sectio (mm²) 4 I max (A) 795 I max (A) 4 Résistace (Ω/km).63 Résistace (Ω /km).5 Réactace (Ω/km). Réactace (Ω /km). Capacité homopolaire (F/km) 445 Capacité homopolaire (F/km) 5 Suritesité e secours (pu) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ 4 Taux de défaillace (b/a/ 4 km) km) Type (3) Type (4) Nature Souterrai Nature Aérie Métal Alumiium Métal Almélec Techologie HN 33 S 3 Techologie Bois rigide Sectio (mm²) 5 Sectio (mm²) 54 I max (A) 39 I max (A) 97 Résistace (Ω /km). Résistace (Ω /km).63 Réactace (Ω /km). Réactace (Ω /km).35 Capacité homopolaire (F/km) 5 Capacité homopolaire (F/km) 5 Suritesité e secours (pu) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ 4 Taux de défaillace (b/a/ 5 km) km) Type (5) Type (6) Nature Aérie Nature Souterrai Métal Almélec Métal Alumiium Techologie NC Techologie HN 33 S 3 Sectio (mm²) 48 Sectio (mm²) 95 I max (A) 369 I max (A) 39 Résistace (Ω /km).36 Résistace (Ω /km).358 Réactace (Ω /km).35 Réactace (Ω /km). Capacité homopolaire (F/km) 5 Capacité homopolaire (F/km) 77.5 Suritesité e secours (pu) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ 5 Taux de défaillace (b/a/ 4 km) km) Type (7) Type (8) Nature Aérie Nature Aérie Métal Cuivre Métal Almélec Techologie NC Techologie NC Sectio (mm²) 48 Sectio (mm²) 75 I max (A) 47 I max (A) 4 Résistace (Ω /km).375 Résistace (Ω /km).443 Réactace (Ω /km).35 Réactace (Ω /km).35 Capacité homopolaire (F/km) 5 Capacité homopolaire (F/km) 5 Suritesité e secours (pu) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ km) 5 Taux de défaillace (b/a/ km) 5 5

223 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Type (9) Type () Nature Aérie Nature Aérie Métal Almélec Métal Cuivre Techologie NC Techologie NC Sectio (mm²) 34 Sectio (mm²) 9 I max (A) 48 I max (A) 8 Résistace (Ω /km).9735 Résistace (Ω /km).67 Réactace (Ω /km).35 Réactace (Ω /km).35 Capacité homopolaire (F/km) 5 Capacité homopolaire (F/km) 5 Suritesité e secours (pu) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ 5 Taux de défaillace (b/a/ 5 km) km) Type () Nature Souterrai Métal Techologie Alumiium Papier uipolaire Sectio (mm²) 75 I max (A) 73 Résistace (Ω /km).4 Réactace (Ω /km). Capacité homopolaire (F/km) Suritesité e secours (pu) Taux de défaillace (b/a/ km) 4 a Figure A-34 fourit les caractéristiques des coducteurs HTA du départ cosidéré : 6

224 Aexes 4 (4) 69 (4) 39 (4) 4 (5) 94 (5) 84 (4) 83 (4) 57 (4) 555 (4) (4) 35 (4) 36 (4) 89 (4) 75 (4) 3 (4) 3 (4) 36 (4) 48 (5) (4) 397 (5) 393 (4) 453 (4) 34 (4) 456 (4) 3 (6) 44 (4) 33 (4) 36 (4) 498 (4) 4 58 (4) 83 (5) 555 (5) 7 (4) 354 (4) 437 (4) 48 (4)46 (6)83 (4) 53 (4) 65 (4) 98 (4) 66 (3) 664 (5) 4 (5) 85 (4) (5) 49 (4) 48 (4) 49 (4) 4 (4) 36 (4) 78 (5) 78 (4) 566 (5) 4 (4) 7 (4) 5 (4) 98 (4) 37 (4) 558 (4) 7 (3) 5 (4) 36 (4) 4 (3) 6 (4) 38 (5) 6 (4) 8 (4) 568 () 433 (4) 76 (4) 65 () C Figure A-34 Caractéristiques des coducteurs HTA du départ C Das la figure, ous présetos les logueurs (e m) pour chaque troço et le type de coducteur (chiffre faisat référece au tableau précédet) sous la forme (X (Y)). es logueurs ot été doublées das les simulatios pour afficher des logueurs compatibles avec celles courammet recotrées das les réseaux de distributio. 7

225 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe 8 : e réseau es caractéristiques de charges a Figure A-35 fourit les caractéristiques des charges HTA et BT du départ cosidéré : H6 8 (4) H6 9 () H6 45 () H6 5 () H6 8 (9) CH 5 () H6 5 (7) H6? (9) H6 3 (8) H6 4 () H6 4 (6) CH () CH 3 (4) 3 / 59 H6 (5) H6 (7) 5 / 3 H6 (7) H6 3 (3) RC 8 (7) / 3 H6 9 (8) RS 7 (4) CH 8 () CH 54 (34) H6 7 (3) H6 9 () / 3 H6 4 (?) H6 8 (7) RC? (8) H6 (3) 5 / 4 RC 47 (5) H6 5 () 3 / 8 H6 5 (5) H6 65 () CH 5 (3) 5 / 3 H6 5 (4) H6 6 (5) UC 39 (8) H6 9 () H6 3 () H6 8 (5) RS 6 (6) H6 3 (8) C Figure A-35 Caractéristiques des charges HTA du départ C Sur chacu des départs, ous avos fait figurer les charges BT ( ) et HTA ( ). es charges BT correspodet à des postes de distributio publique HTA/BT et les charges HTA correspodet à des cliets directemet coectés au réseau de distributio public kv. Aisi, pour les charges HTA, ous fourissos la puissace souscrite du cliet HTA (e kw) et la charge (e kva) qui correspod à la cosommatio effective à la poite du cliet HTA, sous la forme (X / Y). es charges HTA serot prises avec u cos ϕ équivalet de.985 (ce qui correspod à u ta ϕ de.). Pour les charges BT, ous fourissos le type de 8

226 Aexes poste de distributio public, la charge (e kva) et le ombre de cliets BT raccordés au poste cosidéré, sous la forme (A B (C)). es charges BT agrégées serot égalemet prises avec u cos ϕ équivalet de.985 (ce qui correspod à u ta ϕ de.). es charges triphasées serot cosidérées comme des charges e étoile. 9

227 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe 9 : es variatios de gradeurs vérifiées avec MATH CAD défaut triphasé, biphasé isolé, biphasé terre et moophasé Nous avos vérifié les tedaces de variatio trouvées aalytiquemet par ue applicatio umérique sur u réseau de test très simple. Nous motreros ces résultats chiffrés pour illustrer la plage de variatio des gradeurs étudiées. es résultats serot présetés seulemet das le cas du défaut moophasé, car c est celui qui est le plus fréquemmet recotré sur les réseaux de distributio HTA. es résultats pour les autres défauts sot motrés à la fi de cette aexe. e réseau école e réseau test utilisé, pour cette étude de vérificatio, est u réseau simplifié de tesio composée efficace kv comme illustré à la Figure A-36. e réseau est composé d ue source parfaite, d u trasformateur dot le eutre est mis à la terre par ue impédace et d ue lige de km (coducteur aérie de type Almelec 54 mm²) présetée das l Aexe 7. a seule charge qui se trouve e fi de lige est pas prise e compte pour les calculs de réglages ; o va alors cosidérer ue valeur d impédace ifiie. Das cette figure, les gradeurs sot motrées e composates directes, iverse et homopolaire. e cas du trasformateur avec les impédaces directe et homopolaire égales est u cas particulier des trasformateurs moopoles ou uipolaires i _t := i [] i l_lige := [km] i _l :=.63.35i [/km].63.35i C_ := 5 9 [F/km] i _ch := ' i [] i Source EDF Pcc=84 3 E : =.6 [V] d 3 ( _) : = 3 ( i) [ Ω] Défaut: triphasé biphasé terre biphasé isolé moophasé _ : = R_ : = variable Figure A-36 e réseau école utilisé pour l applicatio umérique es calculs ot été coduits pour les défauts triphasé, biphasé isolé, biphasé avec terre et moophasé, mais, comme ous avos metioé das le chapitre II, ous allos ous cocetrer sur le défaut moophasé.

228 Aexes Exemple de variatios pour u défaut moophasé Cette partie motre les plages de variatios des gradeurs étudiées précédemmet. Ces valeurs ot été obteues e utilisat les formules présetées das l aalyse théorique et calculées avec u logiciel de calculs mathématiques (MATH CAD). Comme pour l aalyse théorique, les figures motret la variatio de chaque gradeur e foctio de deux paramètres (lieu de défaut : axe appelé «défaut» et poit de ure : axe appelé «ure»). e départ a été divisé e foctio de sa logueur (et par coséquet de so impédace, car ce départ étudié est homogèe). Das la Figure A-37, ous motros les variatios de la tesio directe. Figure A-37 e module de la tesio directe e foctio du lieu de ure et du lieu de défaut O observe que la tesio pv (où p est présetée das l équatio (II-3)) est e réalité la limite iférieure pour les variatios e foctio de poit de ure et que pour ue ure e tête du départ, la variatio e foctio du lieu de défaut sur otre réseau simplifié, arrive pas à cette valeur iférieure. e module de la tesio iverse est préseté das la Figure A-38, e foctio du lieu du défaut et du lieu de ure. es valeurs théoriques égatives de la tesio iverse, motrées das la Figure II-8,b, correspodat à la formule (II-8), sot cofirmées et illustrées das les Figure A-39,a pour la partie réelle et Figure A-39,b pour la partie imagiaire. a composate homopolaire est la plus itéressate pour la discrimiatio car elle a ue variatio plus importate e foctio du lieu de défaut par rapport aux autres composates de la tesio (Figure A-4). Rappelos cepedat que cette composate homopolaire a des valeurs égatives dot ous motros la partie réelle et la partie imagiaires das les Figure A-4, a et Figure A-4,b. O voit bie que la tedace théorique (décroissace) est respectée par le module et aussi par la partie réelle (qui l emporte devat la partie imagiaire).

229 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure A-38 e module de la tesio iverse e foctio du lieu de ure et du lieu de défaut a b Figure A-39 a tesio iverse : a la partie réelle; b - la partie imagiaire E coclusio, la tesio homopolaire est la plus sesible à la variatio du lieu de défaut et aisi, comme il a déjà été expliqué das l aalyse théorique, elle peut permettre de détecter la présece d u défaut car elle est ulle e foctioemet ormal. es composates du courat (directe, iverse et homopolaire) sot mois sesibles aux variatios du lieu du défaut par rapport à la composate homopolaire de la tesio. Ces composates sot évidemmet très faiblemet liées aux lieux de ure (car le départ a pas de piquages - charges das le réseau). Figure A-4 e module de la tesio homopolaire e foctio du lieu de ure et du lieu de défaut

230 Aexes a Figure A-4 a tesio homopolaire : a la partie réelle; b - la partie imagiaire b Pour le courat, il est suffisat de motrer la composate directe, Figure A-4, sachat que les deux autres composates sot égales à celle-ci. Comme ous avos coclu das l aalyse, le courat est pas très sesible au lieu de défaut alors la discrimiatio e utilisat le courat semble plus difficile qu e utilisat la tesio. Figure A-4 e module du courat direct impédace présete ue capacité de discrimiatio acceptable, comme motré das la Figure A-43. Das cette figure, ous avos réduit l échelle aux valeurs calculées pour u poit de ure e amot du lieu de défaut car les autres valeurs sot très importates par rapport à celles-ci et les variatios e seraiet plus visibles. impédace comporte aussi la somme (54 ) du capacitif du départ et des impédaces iverse et homopolaire du trasformateur, voir l équatio (II-9). Si o supprimait cette impédace, o trouverait que l impédace calculée commece depuis, comme attedu. 3

231 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Figure A-43 impédace directe Das la Figure A-44, ous présetos l évolutio de l impédace de phase. O observe que la variatio e foctio du lieu de ure est plus importate que celle de l impédace directe calculée, comme ous avios coclu das l aalyse théorique. Il y a plus l apport de l impédace de mise à la terre, du capacitif et de la partie homopolaire du trasformateur, comme il est attedu d après les formules (II-9) et (II-3). Figure A-44 impédace de phase Das le Tableau A-4, ous motros les valeurs limites des variatios des gradeurs étudiées. Tableau A-4. es valeurs umériques des différetes gradeurs lors d u défaut moophasé Gradeur Variatio Valeur V V V I I I f( ) mi , = max ,34 7, f( ) mi = ige max

232 Aexes E coclusio, les tedaces des variatios trouvées das l étude aalytique ot été vérifiées e utilisat u logiciel de calcul mathématique. e tableau sert à quatifier les plages de variatio. Et du poit de vue de la plage de variatio, la tesio homopolaire est la plus sesible au lieu de défaut moophasé. Das cette aexe, ous présetos les variatios de gradeurs faites afi de cofirmer les tedaces coclues das l aalyse électrotechique. Défaut triphasé a b Figure A-45 a- Tesio directe b- Courat direct Défaut biphasé isolé V d_m_ f a b Figure A-46 a- Tesio directe b- Tesio iverse 5

233 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a Figure A-47 a- Courat direct ; b- Courat iverse b Défaut biphasé à la terre a b c Figure A-48 a- Tesio directe ;b- Tesio iverse ; c- Tesio homopolaire 6

234 Aexes a b c Figure A-49 a- Courat direct ; b- Courat iverse ; c- Courat homopolaire 7

235 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe : a dépedace de l impédace calculée à la résistace du défaut Das cette aexe, ous expliquos pourquoi l impédace calculée avec l équatio (III-) déped de la résistace du défaut. Nous rappelos le schéma e composates symétriques (Figure A-5) et ous l appliquos pour la protectio PS (car les équatios sot plus simples à écrire pour =). I t ( ) V V I t ( ) V 3 R t ( ) I 3 3 C V Figure A-5 e schéma (directe, iverse et homopolaire) das le cas de défaut moophasé O observe que la chute de tesio sur la résistace de défaut est égale à la somme des tesios urées et des chutes de tesios sur les impédaces (directe, iverse et homopolaire qui se retrouvet etre le poit de ure et le lieu de défaut). Cette deuxième loi du Kirchhoff est écrite das l équatio (A-) : V l l I V l l I V l l I 3 R I = (A-) E teat compte du fait que la tesio de phase est la somme de composates symétriques, elle s écrit (A-) : V A = V V V = l l I (A-) l l I l l I 3 R I e courat compesé de phase est (A-) : I c A = I I c A A k = I c l l I I = I I I 3 R A I I l l 3 l I (A-) 8

236 Aexes 9 E teat compte que les courats direct, iverse et homopolaire sot quasimet égaux, la formule (III-) deviet alors l équatio : ( ) ( ) ( ) l l l l calc l l l l l calc l l l l calc l l l l calc l l l l l calc R l R l l R l l I R l l I I I I I R I l I l I l = = = = = (A-3) Cette équatio (A-3) est réduite à l équatio de l impédace de coducteur jusqu au défaut das le cas du défaut frac. Mais pour les défauts résistifs, l impédace calculée directe est ifluecée par la résistace du défaut.

237 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe : es performaces obteues avec des différets k Das la Figure A-5, ous présetos les performaces obteues e utilisat les coefficiets pour deux itératios successives ( et ). O observe que das la figure b que l o a ue meilleure discrétisatio des valeurs (plus de dégradés de couleurs et des surfaces iterpolées plus fies). a b Figure A-5 Performaces obteues avec les coefficiets k : a- itératio ; b- itératio 3

238 Aexes Aexe : es cas de positioemets possibles pour les valeurs d impédace calculée. Calcul de discrimiatio e utilisat la méthode 4 avec les seuils e deux dimesios. Nous avos détermié 4 cas de situatios de positioemet des valeurs d impédace calculée. Chaque cas sera caractérisé par quelques paramètres. Avat de décrire ces cas, il faut défiir les ter utilisés : m la pete de la droite de variatio e foctio du lieu du défaut ; mr la pete de la droite de variatio e foctio de la résistace du défaut ; l impédace calculée pour u défaut frac qui a eu lieu à l edroit ; R m - l impédace calculée pour u défaut avec la résistace du défaut de «m» qui a eu lieu e tête du départ ; calc l impédace calculée pour u lieu de défaut doé avec ue résistace de défaut doée (valeur étudiée pour la discrimiatio de la zoe e défaut) eq_seuil valeur d impédace qui appartiet de la droite de seuil et qui a la partie réelle égale à la partie réelle de calc Afi de caractériser les cas, o utilise comme élémets d idetificatio les gradeurs suivates (chaque élémet correspod à ue coloe du tableau suivat) : «m - mr» - le sige de la différece etre les deux petes de droites de variatios (e foctio du lieu du défaut et e foctio de la résistace du défaut) «m» - le sige de la pete de la droite de variatio e foctio du lieu du défaut «mr» - le sige de la pete de la droite de variatio e foctio de la résistace du défaut «Im( - )» - le sige de la partie imagiaire de la différece etre deux valeurs de défauts fracs successifs (lieu de défaut). Il est utilisé afi de détermier la mootoie sur la partie imagiaire de la variatio e foctio du lieu du défaut. «Re( - )» - le sige de la partie réelle de la différece etre deux valeurs de défauts fracs successifs (lieu de défaut). Il est utilisé afi de détermier la mootoie sur la partie réelle de la variatio e foctio du lieu du défaut. «Im(R - R )» - le sige de la partie imagiaire de la différece etre deux valeurs de défauts e tête du départ avec des résistaces de défaut différetes. Il est utilisé afi de détermier la mootoie sur la partie imagiaire de la variatio e foctio de la résistace du défaut. «Re(R - R )» - le sige de la partie réelle de la différece etre deux valeurs de défauts e tête du départ avec des résistaces de défaut différetes. Il est utilisé afi de détermier la mootoie sur la partie réelle de la variatio e foctio de la résistace du défaut. 3

239 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur «Im(calc) - Im(eq_seuil) amot seuil» - le sige etre la partie imagiaire de l impédace calculée et la partie imagiaire correspodat à la partie réelle de l impédace calculée sur l équatio de la droite du seuil. e tableau suivat présete les cas de positioemet possibles pour les valeurs d impédace calculées. a détermiatio de cas de positioemet des valeurs est utilisée das le calcul de discrimiatio de la méthode 4. Afi de trouver le cas de positioemet, ous avos vérifié les siges des coloes 3 jusqu à 9. Esuite pour chaque défaut, l impédace calculée a été utilisée pour détermier le sige de la différece : Im( calc ) - Im( eq_seuil ). e sige de la différece a été comparé avec le sige de la eme coloe afi de discrimier les défauts «vus» e amot (si le sige est respecté) ou e aval (das le cas opposé). 3

240 Aexes CAS FIGURE m - m m m Im( R R - ) Re( - ) Im( R Re( R - R ) - R ) Im( calc ) - Im( eq_seuil ) amot seuil Im() R > > > > > > > < Re() Im() R < > > > > > > > Re() R Im() 3 > > < > > > < < Re() 4 > > > > > < < < R Im() Re() 5 < > > > > < < > R Im() Re() Im() 6 > > < > > < > < R Re() 33

241 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Im() R 7 < < > > < > > < Re() R Im() 8 > < < > < > < > Re() Im() 9 < < < > < > < < R Re() Im() < < > > < < < < R Re() Im() > < < > < < > > R Re() Im() < < < > < < > < R Re() 34

242 Aexes Im() R 3 > > > < < > > > Re() Im() R 4 < > > < < > > < Re() R Im() 5 > > < < < > < > Re() Im() 6 R > > > < < < < > Re() Im() 7 < > > < < < < < Re() R Im() 8 > > < < < < > > R Re() 35

243 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Im() R 9 < < > < > > > > Re() R Im() > < < < > > < < Im() Re() < < < < > > < > R Im() Re() < < > < > < < > R Im() Re() 3 > < < < > < > < Im() Re() R R 4 < < < < > < > > Re() 36

244 Aexes Aexe 3 : es formules de calcul du pourcetage de discrimiatio correcte Il y a deux faços utilisées pour calculer le pourcetage de discrimiatio correcte e utilisat les probabilités de défaut : par rapport aux zoes ; par rapport aux seuils. a première faço est utilisée pour les premières trois méthodes. Ces méthodes assuret que tous les défauts plus éloigés ou plus résistifs qu u défaut doé, serot «vus» toujours comme plus éloigés. C est-à-dire que si le défaut frac juste après la fi d ue zoe est «vu» e dehors de cette zoe, tous les défauts plus éloigés et plus résistifs serot «vus» aussi e dehors. Par costructio des seuils, le défaut frac juste après la zoe aalysée sera discrimié e dehors de la zoe et jamais das l itérieur. Doc, afi de réduire le temps de calcul, ous cosidéros que ces autres défauts sot correctemet discrimiés e dehors de la zoe. a probabilité est alors calculée pour les défauts qui ot eu lieu das la zoe aalysée. Doc le calcul est fait par zoes, comme il est motré das l équatio (A-4). Pour les deux protectios, la probabilité pour leur zoe est faite e utilisat leur seuil sur les défauts das leur zoe. Pour la protectio PS, la probabilité pour la zoe est faite e utilisat so seuil, évidemmet pour les défauts de la zoe. Pour la protectio MR, la probabilité pour sa derière zoe, la zoe, est de % car tous les défauts serot «vus» e dehors de la zoe. De la même faço, la probabilité de la zoe 3 pour la protectio PS est de %. P P P MR zoeet PS zoeet PS zoe, et 3 = = = P P MR zoe PS zoe P PS zoe MR Pzoe PS Pzoe PS P 3 zoe P PS zoe3 (A-4) a deuxième faço est utilisée pour la méthode 4. Cette méthode est différete des autres car elle permet d avoir des seuils complexes et des valeurs d impédaces calculées complexes. utilisatio d u coefficiet optimisé das ces coditios e garatit pas que les valeurs variet avec la même mootoie (pour tous les lieux de défauts ou pour toutes les résistaces de défaut). O peut doc recotrer des cas où la variatio des impédaces respecte u cas (parmi les 4 présetés das l Aexe ) pour les défauts e tête du départ et u autre cas pour les défauts à la fi du départ, voir la Figure A-5. Das la figure 37

245 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur suivate, u de ces cas est préseté. Das cet exemple, les impédaces, pour les défauts de la même résistace (doc e foctio du lieu de défaut), e variet pas de maière mootoe e partie imagiaire. malt Im( calc ) R = d R = d R =5 d R = d Re( ) calc Figure A-5 Situatio de chagemet de la mootoie des impédaces calculées pour les défauts le log du réseau Des défauts situés à la fi du réseau e sot plus positioés du même coté du seuil que le défaut juste après la zoe aalysée (pour lequel le seuil a été réglé). Par coséquet, ous devros calculer le pourcetage pour tous les lieux de défaut. e pourcetage est alors attribué à la otio de seuil. e temps de calcul est évidemmet augmeté car o calcule, das ce cas, le pourcetage pour les défauts sur les trois zoes (le départ etier) et pour chaque seuil, au lieu d ue seule zoe par seuil (comme das la faço précédete). a formule de calcul du pourcetage est présetée das l équatio (A-5) : P P MR totale PS totale = = P MR seuil P PS seuil P PS seuil (A-5) 38

246 Aexes Aexe 4 : Résultats pour le cas de mise à la terre de 4 méthodes, et 3 Das cette aexe, ous présetos les figures obteues e utilisat les trois premières méthodes sur le cas de mise à la terre de 4. a Figure A-53,a motre les distaces obteues avec la méthode par la protectio PS. a Figure A-53,b représete les distaces calculées pour la protectio MR. a b Figure A-53 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de 4, pour la protectio : a. P (PS) ; b. P (MR) 39

247 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur a Figure A-54,a motre les distaces obteues avec la méthode par la protectio PS. a Figure A-54,b représete les distaces calculées pour la protectio MR. a b Figure A-54 es valeurs obteues par la méthode, avec ue mise à la terre de 4, pour la protectio : a. P (PS) ; b. P (MR) 4

248 Aexes a Figure A-55,a motre les distaces obteues avec la méthode 3 par la protectio PS. a Figure A-55,b représete les distaces calculées pour la protectio MR. a b Figure A-55 es valeurs obteues par la méthode 3, avec ue mise à la terre de 4, pour la protectio : a. P (PS) ; b. P (MR) 4

249 Système de protectios ovateur et distribué pour les réseaux Moyee Tesio du futur Aexe 5 : Calcul de l impédace de mise à la terre pour le eutre compesé Das le chapitre II, le réseau cosidéré e comporte qu u seul départ. Das le cas des défauts à la terre, il faut aussi teir compte de la participatio du capacitif des autres départs. C est pourquoi la mise à la terre du eutre compesé d u poste source est réglée e foctio du courat capacitif du réseau etier. a valeur du courat capacitif est la somme des courats capacitifs apportés par tous les départs. Afi de régler l impédace de mise à la terre du eutre compesé, il faut predre e compte aussi les départs sais du poste source. a valeur du courat capacitif d u poste source varie ormalemet etre et A. Nous avos choisi ue valeur de 3 A pour le courat capacitif (3I ) apporté par les capacités des départs sais. Nous allos calculer la capacité écessaire pour apporter le courat capacitif avec l équatio (A-6). a capacité obteue est de 9.6 F. Cette capacité sera placée e parallèle avec le départ étudié. I c V C ω C = c Ic V ω c 3 I = V π f = (A-6) e courat total capacitif sera de 39.3 A, avec l apport du courat capacitif du départ étudié (de ~A). Ce courat est uré après le trasformateur avat les jeux de barres avec les départs (étudié et sais), voir la Figure A-56. e défaut qui permet de urer ce courat capacitif afi de calculer la mise à la terre doit se produire etre le trasformateur et le poit de ure. c I r =39.3 A Départ étudié lige avec les paramètres: I l =39.54 A X =49,63 (=58 mh) Figure A-56 Mise à la terre du eutre compesé 4