Extrait du livre «Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre» Michel LAMBERT L essentiel des anomalies rencontrées sur un réseau d énergie électrique a pour origine un déséquilibre homopolaire. Le comportement du système électrique est alors déterminé par le mode de fixation du neutre à la terre. Un régime de neutre a forcement une histoire. Son choix peut dépendre du niveau de développement du pays, de sa géographie, de la répartition de sa population sans oublier les influences économiques ou politiques. En l absence d éléments objectifs de décision, les erreurs peuvent s avérer coûteuses. Dans la vie d un réseau électrique, l exploitation du régime de neutre n est pas immuable. Parce qu un réseau vieillit et que son architecture se transforme nécessairement, l exploitation des réseaux doit s ajuster en permanence en induisant éventuellement l évolution du régime de neutre. Un changement de régime de neutre nécessite des interventions coûteuses au poste source, en réseau et chez les clients. Il nécessite également des changements dans les pratiques d exploitation du réseau. Le travail est énorme. Lorsqu il s agit de communiquer sur les régimes de neutre, il convient d en préciser les contours. Le sujet est complexe, il suffit pour s en convaincre d assister aux rencontres d experts. Pour certains, l appellation «régime de neutre» doit être proscrite. Les termes qui doivent être employés sont «schéma des liaisons à la terre». Pour d autres, «régime de neutre» et «schéma des liaisons à la terre» désignent la même chose. Les exploitants des réseaux publics évoquent volontiers «le neutre direct à la terre», «le neutre isolé», «le neutre impédant» et «le neutre compensé». La littérature spécialisée pratique le mélange des genres. Ce livre est le résultat de mes expériences dans les métiers de l exploitation des réseaux. Il n oppose pas les régimes de neutre aux schémas des liaisons à la terre. Je considère en effet qu ils sont le manche et la cognée d un même outil. Il est dédié aux exploitants et aux concepteurs des réseaux d énergie électrique ainsi qu aux professeurs et à leurs étudiants. Il traite essentiellement des ouvrages exploités en haute tension. Les réseaux basse tension ne sont qu évoqués car le sujet est largement développé dans les ouvrages spécialisés. Il existe cependant des liens très forts entre les principes qui prévalent dans les domaines de la basse et de la haute tension. L étude des régimes de neutre conduit nécessairement à s interroger sur l existence d un bon régime de neutre. Cet ouvrage est d abord un travail d analyse et de réflexion dont le but est d éclaircir le fonctionnement d un réseau soumis à un déséquilibre Lambert.michelp@orange.fr 1
homopolaire. C est ensuite l inventaire des dispositions qui doivent être prises en cohérence avec le choix du régime de neutre. La première partie définit : Les déséquilibres homopolaires. Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre. Les critères de choix d un régime de neutre. La deuxième partie présente les dispositions associées : Les dispositifs de mise à la terre d un neutre. Les plans de protections. L exploitation. Cet ouvrage rassemble les thèmes qui sont développés dans les sessions de formation que j ai l occasion d animer. Il a donc une connotation pédagogique. Les calculs et les modèles utilisés font appel aux composantes symétriques. Ce livre est l expression de mes expériences, il n a surtout pas l ambition d être un document de référence. Les normes et les spécifications d entreprises existent pour cela. Les valeurs par défaut des grandeurs électriques des simulations ont souvent été choisies pour des raisons pédagogiques ou de simplification. Elles ne devront pas être utilisées dans un autre contexte. 7.5 Les protections à maximum de puissance résiduelle Installés dans les postes, ces relais sont alimentés par le courant et la tension homopolaire disponibles. Bien évidemment ils sont filtrés aux harmoniques 3. Les relais de puissance homopolaire (code ANSI 67N) offrent à la fois une sensibilité et des conditions de sélectivité satisfaisantes sous réserve de réaliser un minimum d étude. Les réglages doivent être coordonnés avec les caractéristiques de l impédance homopolaire du réseau. Toutefois, sur les réseaux présentant peu de capacitif, l exploitant peut se contenter de régler cette protection en fonction des caractéristiques du dispositif de mise à la terre du neutre. 7.5.1 Le raccordement C est l association des raccordements utilisés pour les protections 59 N et 51 N. Lambert.michelp@orange.fr 2
Figure 7.25 Raccordement d un relais 67 N. 7.5.3 Le profil des puissances homopolaires Figure 7.28 Profil des puissances homopolaires. Le schéma équivalent permet de comparer les puissances homopolaires en A et D pour un défaut en D et pour différentes valeurs de Z N : Z N = 11,5 + j 36,76, Z N = 40 + j 6, Z N = 2,3 + j 12. Les caractéristiques du réseau sont les suivantes : Lambert.michelp@orange.fr 3
quatre groupes en service, V n = 11 610 V, la résistance du défaut est fixée à 10, le capacitif de la ligne D 4 est négligeable, X co = j 122. 3V o est la tension résiduelle mesurée au point de défaut. 3V o est la tension résiduelle mesurée sur les barres de la centrale. 7.5.6 L effet directionnel Un relais de puissance homopolaire doit déclencher pour une puissance active négative et verrouiller dans le cas d une puissance active positive. Il existe donc une zone de déclenchement et une zone de verrouillage. C est l effet directionnel. Lambert.michelp@orange.fr 4
Figure 7.33 Caractéristique directionnelle. Le fonctionnement du relais est fixé par la position du vecteur 3I od4 dans la zone «déclenchement». L effet directionnel est illustré par la figure 7.34 qui représente un réseau bouclé en défaut. La mise à la terre du neutre étant réalisée par une inductance de faible valeur, le déphasage interne des relais de puissance homopolaire est réglé à 45 AV/I. Les sélectivités sont obtenues par une configuration à temps dépendant et par l effet directionnel. Figure 7.34 Effet directionnel. Le vecteur référence est 3I oc. Tous les TC sont orientés P 1 côté barres. Les protections installées en A, E, C et G voient le défaut en face car 9P o < 0. Elles sont orientées au déclenchement. La protection installée en Lambert.michelp@orange.fr 5
«C» agit avant la protection installée en «A» car P o C >P o A. Il en est de même pour les protections installées respectivement en G et E. Les relais installés en F et B qui voient le défaut dans «le dos» (9P o > 0) sont verrouillés. 7.5.9 Que faut-il retenir? La détection des défauts à la terre par les relais de puissance homopolaire concilie la sensibilité et la sélectivité. Les constructeurs savent réaliser des protections offrant une sensibilité supérieure à 1 000 en HTA. Lorsque le neutre est relié à la terre, le critère de détection des défauts à la terre le plus pertinent est la puissance active homopolaire sous réserve d équiper le réseau d une impédance de point neutre ayant une caractéristique résistive. Dans ce cas la sélectivité longitudinale est obtenue par des temporisations indépendantes. Si l impédance de neutre est purement inductive, il existe des possibilités de traiter la sélectivité longitudinale par des relais à temps inverse éventuellement combinés avec du temps constant. Enfin, on peut améliorer la sensibilité de la protection en réglant l angle interne du relais de manière à orienter la caractéristique de fonctionnement en cohérence avec l argument de l impédance homopolaire du réseau. Sur un réseau fonctionnant à neutre isolé et présentant suffisamment de capacitif, on peut utiliser des relais à maximum de puissance réactive homopolaire pour assurer la sélectivité transversale. Le principe de fonctionnement est identique au relais de puissance active homopolaire. Seul change le déphasage interne. 7.6 Les relais de courant directionnel Ce sont des relais à maximum d intensité (F50N;F51N) qui intègrent la fonction directionnelle (F67N). Ils sont utilisés pour pallier à l insuffisance de sensibilité des relais à maximum d intensité sur les départs présentant un fort capacitif. Si le réglage des relais de puissance active homopolaire est facile à déterminer 1, la configuration d un relais directionnel à maximum d intensité est plus délicate à réaliser. 7.6.1 Configuration d un relais à maximum de courant directionnel La configuration d un relais directionnel nécessite trois réglages : Le seuil de courant résiduel qui doit être défini en fonction de la sensibilité désirée et du mode d alimentation du circuit intensité (tore homopolaire ou sommation des circuits intensités). Le seuil de tension résiduelle qui doit être cohérent avec le seuil du courant et la valeur de l impédance homopolaire du réseau. L axe de sensibilité optimale qui doit tenir compte de l argument de l impédance homopolaire du réseau. 1 On le règle généralement à la valeur minimale pour obtenir la meilleure sensibilité. Lambert.michelp@orange.fr 6