Michel LAMBERT mlb76@orange.fr le19/10/2008 1.1 La protection générale haute tension 2.1.1 Propriétés générales Elle assure la détection et l élimination des courts-circuits monophasés et polyphasés affectant les parties des réseaux HTA et BT en aval du point de mesure, transformateur HTA/BT compris. La zone de surveillance dépend d une part de la sensibilité de la protection, donc de son réglage et d autre part des caractéristiques du réseau privé telles que: La puissance de court-circuit au point de livraison, La puissance du transformateur HTA/BT, Le schéma de liaison à la terre du réseau BT. Elle doit détecter les courts-circuits sur la liaison BT entre le transformateur et le T.G.B.T et assurer le secours de la protection général basse tension (D.G.P.T) en cas de court-circuit sur le tableau basse tension (T.G.B.T). Elle est sélective avec les protections du réseau public et la protection générale du T.G.B.T. Le courant de court-circuit injecté par la centrale, lors d un défaut affectant le réseau public HTA, ne doit pas solliciter la protection. Elle ne doit pas être sollicitée par les courants transitoires d enclenchement du transformateur. Les seuils de détection contre les défauts polyphasés sont calculés en fonction de l intensité de base définie à partir de la puissance «Sn» du transformateur lorsqu il est unique ou de la somme «ΣSn» des puissances des transformateurs. Sn IB =. Un 3 Les courts-circuits à la terre sont éventuellement détectés par des relais de courant ou de puissance homopolaire réglés en cohérence avec le plan de protection du réseau public HTA. Lorsque l intensité de base «I B» est inférieure à 45 A, la protection est assurée de préférence par un jeu de fusibles conformes à la norme NF C 64-210 associé à un interrupteur tripolaire. De ce fait, la coupure est toujours triphasée. 1.1.1 La protection par fusibles Lorsque le poste de livraison comporte un seul transformateur, l intensité assignée «In» des fusibles dépend de la puissance installée. Le choix des fusibles est défini par la norme NF C 13-100. Cette protection, des plus rustiques, est simple et peu couteuse. Elle présente cependant l inconvénient d être peu fiable pour les faibles surintensités. Un fusible est caractérisé par un intervalle de non coupure compris entre l intensité du courant assignée (In) et une intensité minimale de coupure (I3). Les fusibles couramment utilisés présentent un courant minimal de coupure compris entre 2 et 5 fois l intensité assignée. Lorsque le courant à couper est à l intérieure de cette zone, il existe un risque d évolution vers un incident majeur. Photo ABB L intensité minimale de coupure est souvent suffisamment faible pour être dépassée dans la plupart des cas notamment lorsque c est le réseau public, avec sa puissance de court-circuit qui alimente le défaut. Le risque existe cependant lorsqu un court-circuit polyphasé affecte le réseau public. Après ouverture du disjoncteur au poste source, la centrale peut se retrouver à alimenter seul le défaut durant quelques instants. La puissance de court-circuit apportée par la centrale peut être alors nettement inférieure à la valeur correspondant à l intensité minimale de coupure.
Michel LAMBERT mlb76@orange.fr le19/10/2008 La puissance de court-circuit minimale capable de provoquer la fusion du fusible dans de bonnes conditions doit être supérieure aux valeurs du tableau. Sn transfo 250 kva 400kVA 630kVA 1250kVA In (en 20 kv) 16 A 43 A 43 A 63 A I3 (en 20 kv) 80 A 215 A 215 A 315 A Scc mini (en 20 kv) 2,8 MVA 7,5 MVA 7,5 MVA 11 MVA I3 est l intensité minimale de coupure du fusible (fixée par défaut dans notre exemple à 5 In) In est fixée par la norme NF C13-100 en fonction de Sn transfo. Scc mini est la puissance de court-circuit correspondant à la valeur de I3. Les valeurs de Scc mini ne pouvant être obtenues avec des machines dont la puissance est inférieure à 1250kVA, il est nécessaire de découpler immédiatement l alternateur à l apparition du court-circuit afin d éviter la destruction des fusibles et éventuellement de la cellule départ «transformateur». Cette fonction est assurée normalement par la protection de découplage instantanée pour les courts-circuits polyphasés. Dans le cas où la protection de découplage contre les défauts polyphasés est temporisée (protection type H3), les fusibles seront remplacés par un disjoncteur et une protection associée 1. Ce problème n existe pas lorsque le réseau public HTA est le siège d un défaut monophasé. En effet le schéma de liaison à la terre du transformateur HTA/BT étant du type IT, il n est pas générateur de courant homopolaire. 1.1.2 Fonctionnement pour un court-circuit sur la basse tension a) Cas d un défaut polyphasé On crée un court-circuit entre les phases 1 et 2 sur les bornes secondaires d un transformateur sans charge. 20kV In Ip1 Ip2 Ip3 Sn/Ucc 410 V Phase1 DGCP Scc=40 MVA Dyn11 Phase2 La puissance de court-circuit au point de livraison est fixée à 40 MVA. La valeur de I3 est fixée à 5 In. On mesure les surintensités au primaire du transformateur Sn Ucc Intensités primaire Ip/I 3 Ip1 Ip2 Ip3 Ip1/I 3 Ip2/I 3 Ip3/I 3 250 kva 4% 78 156 78 0,97 1,95 0,97 400 kva 4% 116 232 116 0,54 1,08 0,54 630 kva 4% 163 326 163 0,76 1,52 0,76 1250 kva 6% 198 396 198 0,63 1,26 0,63 Pour un rapport Ip1/I 3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions n est pas garantie. Dans tous les cas, le fusible de la phase 2 éliminera le défaut au secondaire du transformateur dans de bonnes conditions. b) Cas d un défaut monophasé Le schéma de liaison à la terre étant de type TN ou TT, tout court-circuit monophasé entraine une surintensité au primaire du transformateur qui doit normalement provoquer la fusion du fusible. Considérons un court-circuit entre la phase 1 et le neutre sur les bornes secondaires du transformateur. On mesure les surintensités au primaire du transformateur 1 Complétée éventuellement d une protection wattmétrique homopolaire (PWH) spécifiée pour le neutre compensée.
Michel LAMBERT mlb76@orange.fr le19/10/2008 20kV In Ip1 Ip2 Ip3 Sn/Ucc 410 V Phase1 DGCP Scc=40 MVA Dyn11 Neutre Sn Ucc Intensités primaire Ip1/I 3 250 kva 4% Ip1=Ip2=94 A et Ip3=0 1,175 400 kva 4% Ip1=Ip2=143 A et Ip3=0 0,665 630 kva 4% Ip1=Ip2=208 A et Ip3=0 0,98 1250 kva 6% Ip1=Ip2=258 A et Ip3=0 0,82 Pour un rapport Ip1/I 3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions n est pas garantie. On constate qu à l exception du cas du transformateur de 250 kva, les fusibles HTA risquent d être mis en difficulté pour un défaut monophasé au secondaire du transformateur. Dans le cas d un réseau insulaire où la puissance de court-circuit HTA est de 10 MVA, la protection par fusibles doit être déconseillée. Pour un transformateur de 400 kva, Ip = 100 A et Ip/I 3 =0,46.
2.8. Rendement (voir abaque annexe 4) Les pertes dans l'appareil résultent: des pertes à vide P0 2 des pertes dues à la charge = P nominale x ( I2 nominal ) = P Le rendement en % est alors: P + P r%= 100-100.- Pu = Puissance utile en kw u Ex.: 250 kva rendement à 3/4 de charge cos \p = 0,8 P, = 250 x- xo,8= 150 kw u 4 P0 = 0,65 kw P =3,25x(-)2 = 1,83kW 4 r = 100-100 ( '65 + 1 '83 ) - 98,35 % 2.7. Fonctionnement sur charge déséquilibrée - impédance homopolaire La représentation ci-dessus permet de calculer le fonctionnement d'un transformateur monophasé ou triphasé avec charge équilibrée. Pour connaître le comportement d'un transformateur lorsque sa charge est déséquilibrée, il est pratique d'avoir recours aux composantes symétriques. Un transformateur triphasé peut être considéré comme un générateur de puissance infinie, caractérisé par la tension à vide (J2n entre neutre et phase et trois impédances, directe, inverse et homopolaire Zd, Zi et Zh. Le transformateur est passif et les impédances directe et inverse sont toujours égales Zd == Zi. Elles correspondent aux valeurs calculées au paragraphe 2.2. Par contre, l'impédance homopolaire dépend du couplage utilisé: PRIMAIRE Jk A SECONDAIRE Zh 10 à 30 0,7àO,9 0,1 à 0,2 0,7 à 0,9 Zd Fig. 7
On retrouve bien, dans le cas du couplage Yyn, la particularité déjà signalée; Zf, étant supérieur à 10 Zd, If, provoque des chutes de tension prohibitives. Lorsque le neutre n'est pas utilisé côté secondaire, l'impédance homopolaire est infinie. Ces valeurs permettent de calculer le comportement d'un transformateur dans toutes les conditions de charge. L'impédance homopolaire peut être mesurée en alimentant les enroulements selon le schéma ci-dessous: t K = Rapport de transformation = Um Ihn Fig. 8 2.8. Calcul des courants de court-circuit Côté secondaire court-circuit triphasé '2n K 2n K U9n 2n '2cc 2n ucc (%) Fig. 9 court-circuit entre phases o a '2cc V_3 ^2 M 1 y-\/-v v * "* 2 ri 1 I il l V -!_ Y I \J\J A " 'A 2 U_(%) Fig. 10 12
court-circuit entre phase et neutre Fig. 11 3 3 Z Ucc(%) Côté primaire Selon le couplage utilisé, un court-circuit différemment au primaire: secondaire se répercute court-circuit secondaire couplage Dyn ou Yzn triphasé 2cc entre phases 2l1cc VT ==- sur les 2 autres V3 entre phase et neutre 'icc VJ 3. DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES 3.1. Mode de remplissage Transformateurs respirants Dans ce cas, la surface du liquide diélectrique est en communication directe avec l'air ambiant. Les variations de charges entraînent des différences de température de fonctionnement et donc des variations de volume du liquide diélectrique dues à la dilatation. L'air circule alors librement entre l'intérieur et l'extérieur de la cuve. Cette respiration a des conséquences fâcheuses pour la conservation des qualités du diélectrique. Au contact de l'oxygène de l'air, l'huile s'oxyde en donnai il des composés solubles qui détériorent les papiers isolants, abrégeant ainsi la durée de vie de l'appareil. D'autre pari, l'humidité de l'air contribue également à l'abaissement des propriétés diélectriques de l'huile. Les askarels sont des liquides chimiquement plus stables et leur oxydation est presque inexistante. Ils sont par contre beaucoup plus sensibles à l'humidité, qui détériore rapidement leurs qualités diélectriques. 13