Détection et élimination des défauts à la terre sur les réseaux de distribution publique HTA Français.

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1 Détection et élimination des défauts à la terre sur les réseaux de distribution publique HTA Français. Un peu d histoire Dans les années 5, il a été décidé de limiter les courants dans le neutre HTA à 3 A en réseau rural et à 1 A en réseau urbain. Ces valeurs ont été retenues afin de limiter les montées en potentiel des prises de terre, de réduire les niveaux de perturbation sur les équipements de télécommunication et de disposer d un plan de protection reposant sur la détection ampèremétrique. Le plan de protection prévoyait que les sélectivités longitudinale et transversale devaient être assurées par l échelonnement à temps constant et par le réglage du relais à MAX de I résiduel dont le réglage était déterminés à partir de la valeur du courant de capacité homopolaire du départ. La mise en œuvre de ces dispositions a perdu avec le temps de leur efficacité. L évolution du réseau HTA vers plus de souterrain a provoqué une augmentation des courants de défaut à la terre et des montées en potentiel des prises de terre dépassant les seuils tolérables. De nombreux déclenchements par sympathie sont apparus sur le réseau. Le passage à 2 kv des réseaux 1 kv et 15 kv sans renforcement notable de l isolement a provoqué une inflation de défauts doubles. Ces anomalies ont connus leur apogée au début des années 8 avec la généralisation des disjoncteurs shunts. La réponse des exploitants ne s est pas fait attendre: Les disjoncteurs shunts ont été souvent mis hors services. Un campagne de sensibilisation et d explication conjointement à la mise en œuvre d une politique de renouvellement ou de renforcement de réseau a permis par la suite, de remettre en service les disjoncteurs shunts. Une réflexion, menée à la fin des années 8 par EDF GDF SERVICES a abouti à la rédaction du guide technique B61-21, fondement du nouveau plan de protection. En attendant de passer au neutre compensé, le guide technique recommandait pour les réseaux ruraux: 1) au poste source: - de réduire le courant dans le neutre à des valeurs comprises entre 15 A et 2 A, - de compenser partiellement le capacitif du réseau afin de maîtriser l augmentation des courants de défaut à la terre due au développement du câble sur les réseaux. - l utilisation de protections aptes à assurer une sélectivité transversale tout en garantissant une sensibilité voisine de 1. 2) En réseau : - de diminuer la valeur des prises de terre et des couplages éventuels. Ces dispositions s inscrivaient dans un cadre de cohérence plus général visant à améliorer la fiabilité des réseaux et la qualité de service à la clientèle. 1

2 La sensibilité des protections homopolaire La sensibilité d une protection est la résistance d un défaut pouvant être détectée. Elle dépend: - de la tension de service du réseau - de l impédance du dispositif de mise à la terre du neutre, - du réglage de la protection - de la valeur du capacitif homopolaire du réseau HTA Sur un réseau 2 kv, un détecteur de terre résistante offre une sensibilité proche de 12, celle d une protection sélective équipant un départ HTA n excède pas 2 On rencontre couramment des réglages offrant une sensibilité inférieures à 2 L augmentation de l impédance du neutre HTA provoque la désensibilisation les protections à maximum d intensité homopolaire. Elle augmente également, toutes choses étant égales par ailleurs, les courants de capacité homopolaires et les risques de «déclenchement par sympathie» 1. Examinons ce qui se passe lorsque l on augmente l impédance de mise à la terre du neutre HTA. Considérons un défaut de résistance 6 en 2 kv Neutre HTA Vo 3 ICo %/ RPN 4 RPN V 69 A RPN V 91 A 33% BPN 4 +RPN V 14 A 51% Pour un même défaut de résistance non négligeable, le passage au neutre 4 + j4 est susceptible d augmenter de 5% le capacitif du réseau. L évolution du régime de neutre associée au développement du câble sur les réseaux HTA a induit une désensibilisation des protections qui n a pas été perçue par les exploitants. Des défauts qui auraient dû être traités en défaut franc on donc été éliminés comme des défauts résistants entraînant parfois la destruction du dispositif de mise à la terre du neutre. Conditions auxquelles doit satisfaire une protection Une protection doit détecter et éliminer les défauts d isolement pouvant mettre en danger la sécurité des personnes et des biens. Elle doit en outre être sélective afin de garantir la continuité de la fourniture d électricité pour les usagers qui ne sont pas raccordés à la portion de réseau en défaut. Ces deux conditions peuvent aboutir à des résultats contradictoires. 1 Pour une résistance de défaut non négligeable, l augmentation de l impédance homopolaire entraîne une augmentation de la tension homopolaire et donc des courants de capacité homopolaire. 2

3 Considérons le réseau comprenant un départ sain et un départ en défaut et protégé par des protections à maximum de courant homopolaire. Il est évident que seul le départ en défaut doit être mis hors tension. 1) La protection de ce départ doit pouvoir détecter les défauts francs. Le problème est de savoir ce qu est un défaut franc: Rm = ; 1 ; 3 ; 1 ; 2...? 2) La protection ne doit pas fonctionner pour un défaut affectant un autre départ. Il faut alors régler la protection ampèremétrique homopolaire au-delà de la valeur du capacitif résiduel ( Irc ) du départ en prenant en compte éventuellement les schéma de secours. On retient souvent la valeur de réglage tel que I réglage = 1,2 Irc du départ. Examinons le cas d un départ dont le capacitif homopolaire (Irc) est de 65 A; le neutre du réseau 2 kv est mis à la terre par une RPN 4. Le capacitif global du réseau HTA alimenté par le même transformateur est de 21 A. La protection ampèremétrique homopolaire du départ sera réglé à Ir = 1,2 x 65 = 78 A Un tel réglage offre une sensibilité de 1 environ. Au-delà, les défauts seront traités comme des défauts résistants. On désire réduire la valeur des courants de défaut à la terre en remplaçant la RPN 4 par une RPN 8. La sensibilité de la protection ampèremétrique passe alors à 7. Cet exemple montre qu une telle pratique réglant le problème de la sélectivité transversale, dégrade la sensibilité de la protection à maximum d intensité homopolaire. 3

4 Sensibilité d'une protection à max de Io pour un capacitif global de 21 A Résistance maximale du défaut détectée Réglage de la protection RPN4 RPN8 BPN4+RPN4 Lorsque l évolution du régime de neutre dégrade la sensibilité, il est raisonnable d envisager le remplacement de ce type de protection par des dispositifs utilisant d autres critères. On utilisera par exemple une protection de puissance homopolaire dont l angle interne sera coordonné avec le dispositif de mise à la terre du neutre. Sensibilités comparées des PWH 2 et des protections à max de Io. rd en ohms Reseau 2kV Rn=4 ohms sw=8kw sw=12kw sw=2kw sw=4kw amperemetrique a 8A pour un capacitif du départ de 65A Capacitif total en A sous 12kV rd en ohms Reseau 2kV Rn=8 ohms sw=8kw sw=12kw sw=2kw sw=4kw amperemetrique a 8A pour un capacitif du départ de 65A Capacitif total en A sous 12 kv Une protection wattmétrique homopolaire réglée à 8 W (,4 W avec un tore 1/1A) offrira quant à elle une sensibilité de 13 environ. Une telle sensibilité couvre la quasitotalité des défauts à la terre. Conditions de changement du critère de détection. Afin de maîtriser les dépenses, il est nécessaire d évaluer le besoin. Il est nécessaire d étudier la répartition statistique des réglages des protections à maximum d intensité résiduelle. 2 Protection de puissance active homopolaire. Cette protection sera étudiée dans un autre chapitre 4

5 Répartition des réglages 25 répartition en % Réglages Réglage en A On détermine ensuite la sensibilité correspondante Sur un réseau 2 kv dont le capacitif global est 21 A la valeur de la sensibilité sera: Neutre HTA Réglage 24 A 36 A 48 A 6 A 72 A 8 A 96A 12 A RPN RPN BPN4 +RPN Si l exploitant souhaite disposer d une sensibilité minimum de 2, il devra installer des protections de puissance homopolaire sur les départs dont le réglage de la protection à max de Io est supérieur à 36 A. 5