Protection Et Surveillance Des Reseaux de Transport d Energie Electrique

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  • Protection et surveillance des rseaux de transport d'nergie lectrique - Volume 1

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    Avertissement:

    Ce recueil de documents (voir table des matires) a t ralis partir d'une exprience sur le rseau de transport d' Electricit de France; mais les principes exposs ont une porte gnrale, et les particularits du rseau franais ne sont mentionnes qu' titre d'exemple.

    Il n'a pas la prtention de fournir directement des solutions concrtes tous les problmes de protection de rseau, mais seulement des mthodes d'approche de ces problmes. Il n'engage pas la responsabilit d'EDF.

    Les solutions concrtes seront obtenues partir de documents tels que:

    - Normes du Comit Electrotechnique International (CEI) - British standarts (BS) - Deutsche Institute fr Normung (DIN) - American national standards Information (ANSI) - Normes NF de l'Association Franaise des normes (AFNOR) - Normes internes EDF (H et HN), publies par la Direction des Etudes et Recherches - Notices des constructeurs des diffrents quipements - Directives internes chaque compagnie. Ces directives comprennent, pour EDF:

    . Notes de doctrines dcrivant les plans de protection [49]

    . Rgles gnrales d'exploitation [7], [9]

    . Directives de construction des lignes ariennes[106], postes [107], canalisations souterraines[108]

    . Schmas normaliss de filerie [104]

    . Guides de rglage des protections et des automates [57] ,[61]

    . Programmes de calcul de court circuit [50], [99], [109]

    . Rpertoire des caractristiques d'ouvrages [110]

    Ce recueil pourra servir analyser les normes et notices, et laborer les directives internes. Il pourra tre aussi utilis par les non-spcialistes qui voudraient avoir une ide qualitative des problmes traits.

    Parmi les quipements pris comme exemple, se trouvent aussi bien des matriels anciens, voire mme obsolescents, que des matriels nouveaux ou exprimentaux, de manire montrer l'volution des principes et des technologies.

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    AVANT PROPOS

    IMPORTANCE DES PROTECTIONS ET AUTOMATISMES DU RESEAU DE TRANSPORT DANS LA FOURNITURE D'ENERGIE

    Dans une centrale de production, les protections ont pour but d'viter la dtrioration des alternateurs ou transformateurs en cas de fonctionnement dans de mauvaises conditions, dues des dfaillances internes, tels que dfauts d'isolement ou panne de rgulation. Sur des matriels bien conus, bien fabriqus, bien installs, bien entretenus et bien exploits elles n'ont fonctionner qu'exceptionnellement, et leur dfaillance peut passer inaperue. De plus, si une protection est dfaillante lors d'un incident, les dommages causs l'alternateur ou au transformateur peuvent avoir des consquences financires importantes, mais qui restent internes la compagnie de production d'lectricit: perte de production, qui doit tre compense par des moyens de production moins conomiques, et rparation de l'appareil endommag.

    Sur un rseau de transport, le problme se pose de manire totalement diffrente:

    D'abord, une ligne arienne, qui passe sur le domaine public, est priodiquement sujette des courts-circuits, dus aux coups de foudre, aux arbres mal lagus, grues et engins de grande hauteur travaillant au voisinage, vent, pollution... Une bonne conception de la ligne peut les minimiser, mais pas les liminer. Sur le rseau de transport d'EDF, nous observons en moyenne 7 dfauts par an et par 100 km.

    Ensuite, une ligne qui chauffe s'allonge, et son point bas, en milieu de porte, s'abaisse. Elle devient dangereuse pour les tiers. Les consquences peuvent alors se chiffrer, non plus en millions de francs, mais en nombre de vies humaines. Et c'est pourquoi les systmes de protection comportent des dispositifs de secours qui, en cas de mauvais fonctionnement des quipements devant intervenir pour un dfaut donn, assurent la mise hors tension de l'ouvrage dfectueux, quelles qu'en soient les consquences pour l'alimentation lectrique de la rgion.

    Un fonctionnement dfectueux d'une protection peut donc avoir pour consquence la coupure d'un ou plusieurs clients, voire mme d'une ville entire, prioritaires compris. Or, lorsqu'un client industriel de 10 MW est coup pendant 6 minutes, par exemple, cela ne correspond pas seulement 1 MWh d'nergie non vendue pendant cette coupure, mais aussi l'nergie non vendue pendant les quelques heures que le client mettra repartir. Mais cela correspond surtout un client mcontent, qui aura perdu plusieurs heures de sa production, et qui aura peut-tre subi des dtriorations de matriel. S'il s'agit d'une ville entire, EDF devra rendre des comptes, en tant que service public, aux autorits locales, voire mme nationales.

    Enfin, les protections contre les situations anormales de rseau jouent un rle primordial dans la prvention des effondrements de rseau, et c'est sur elles, autant que sur les rgulations de groupes de production et les tlrglages de ces groupes, qu'a port tout l'effort des responsables de la conduite des rseaux lorsque la leon a t tire de la panne du 19 Dcembre 1978.

    Ces diffrentes considrations montrent que l'activit "protections et automatismes" du rseau de transport est, EDF comme dans toute socit de distribution d'lectricit, une activit stratgique, qui conditionne la lgitimit de cette socit vis--vis de la communaut, nation, rgion, ville, qu'elle dessert.

    (allocution que j'ai prononce le 30 Octobre 1993, l'intention de MM Ghislain Weisrock et Marcel Bnard, qui avaient alors la responsabilit du Contrle Electrique pour la rgion Est de la France. J'avais alors tenter, vainement, de leur en faire comprendre l'utilit)

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    TABLE DES MATIERES

    VOLUME 1

    Avertissement page 1 Avant propos 3 Table des matires 5 Bibliographie 13 Adresses 17 Index 19

    PREMIERE PARTIE: GENERALITES 21

    1 - Rseaux de transport d'nergie 23 2 - Gnralit sur les protections et automates 29 3 - Equipements de mesure, comptage, et surveillance 30

    DEUXIEME PARTIE: REDUCTEURS DE MESURE 31

    1 - Rducteur de courant 33 2 - Rducteur de tension bobin 47 3 - Rducteur de tension capacitif 49 4 - Problmes de scurit lis aux rducteurs de mesure 51 5 - Mise en service 53 6 - Rducteurs optiques 55

    TROISIEME PARTIE: PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS 57

    1 - Protection contre les courts-circuits des rseaux en antenne 59

    1 - 1 - Notion de slectivit 59 1 - 2 - Protection maximum d'intensit 62 1 - 3 - Protection Buchholz 63 1 - 4 - Protection masse - cuve 64 1 - 5 - Protection d'antenne passive 65 1 - 6 - Protection masse - cble 67 1 - 7 - Protection des batteries de condensateur 68 1 - 8 - Protection contre les surtensions et la ferrorsonance 70 1 - 9 - Protection dpassement de flux 73 1 - 10 Fonctionnement de l'ensemble 74

    2 - Protection contre les courts-circuits des rseaux boucls 77

    2 - 1 - Protection de distance 77 211 - Principe 77 2111 - Cas du dfaut triphas 77 21111 - Dtermination de la direction 77 21112 - Comparaison de ractance 78 21113 - Comparaison de rsistance 79

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    21114 - Discrimination entre dfaut et pompage 84 21115 - Rcapitulation 85 21116 - Mise en route par maximum de courant contrl par la tension 86 2112 - Cas du dfaut dsquilibr 87

    212 - Protections lectromcaniques 92 2121 - Mise en route 92 2122 - Slection de phase 93 2123 - Mesure de distance 94 2124 - Relais directionnel 96 2125 - Relais antipompage 96 2126 - Circuit mmoire - enclenchement sur dfaut 97 2127 - Compensation de l'induction mutuelle homopolaire 97 2128 - Relais Mho 98 2129 - Avantages et inconvnients des relais lectromcaniques 99

    213 - Protections de distance statiques 100 2131 - Comparateur de phase, fonctionnement monophas 100 2132 - Comparateur de phase, fonctionnement triphas 106 2133 - Caractristique mho, fonctionnement monophas 110 2134 - Caractristique mho, fonctionnement triphas 112 2135 - Avantages et inconvnients des protections lectroniques 113

    214 - Protections de distance numriques 114

    215 - Tlprotections 116 2151 - Principe des diffrents schmas 116 21511 - Interdclenchement simple 116 21512 - Interdclenchement contrl par la mise en route 116 21513 - Dclenchement conditionnel avec dpassement 117 21514 - Acclration de stade 117 21515 - Extension de zone 119 21516 - Schma blocage 119 21517 - Tldclenchement inconditionnel 120 21518 - Mode cho et mode source faible 121

    2152 - Application de ces systmes aux lignes trois extrmits 122 21521 - Ligne 225 kV, piquage passif court 122 21522 - Ligne 225 kV, piquage actif court 123 21523 - Ligne 225 kV, piquage dissymtrique long, actif ou passif 123 21524 - Ligne 63 kV ou 90 kV 124

    2153 - Application aux lignes doubles 400 kV 125 2154 - Compatibilit entre protections 126 2155 - Fiabilit des tlactions 129 2156 - Supports de transmission 131

    22 - Protection comparaison de phases 134

    23 - Protection diffrentielle 137 231 - Protection diffrentielle de ligne 138 232 - Protection diffrentielle de canalisation souterraine 140 233 - Protection diffrentielle de liaison courte 141 234 - Protection diffrentielle de barres 142

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    2341 - Principe gnral 142 2342 - Protection haute impdance et seuil fixe 145 2343 - Protection moyenne impdance et pourcentage 147 2344 - Protection basse impdance sur rducteurs performants 149 2345 - Protection basse impdance sur rducteurs saturables non spcialiss 150 2346 - Protection moyenne impdance et faible consommation 151 2347 - Protection diffrentielle combinaison linaire de courant 151 2348 - Prcautions particulires 152

    2349 - Protections diffrentielles de barre numrique 153

    24 - Protection homopolaire 153

    QUATRIEME PARTIE:

    PROTECTION CONTRE LES SITUATIONS ANORMALES DE RESEAU, ET AUTOMATES 157

    1 - Protection de surcharge 159 2 - Protection contre les ruptures de synchronisme 165 3 - Protection de dlestage 167 4 - Automate contre les dfaillances de disjoncteur 169 5 - Renclencheur 171 6 - Automate manque de tension 177 7 - Automate de rgulation de tension 183 8 - Automate de poste 189

    CINQUIEME PARTIE: FONCTIONNEMENT DE L'ENSEMBLE 191

    1 - Plans de protection contre les courts-circuits 193 11 - Contraintes 193 111 - Coordination des isolements 193 112 - Stabilit du rseau 194 113 - Tenue des matriels 194 114 - Temps d'lotage des centrales 195 115 - Prsence de cble de garde sur les lignes ariennes 195 116 - Qualit d'alimentation de la clientle 196

    12 - Principe d'laboration 197 13 - Plan lectromcanique 197 14 - Plan statique 198

    2 - Plan de sauvegarde 203 3 - Plan de dfense 205 4 - Plan de reconstitution du rseau 209

    SIXIEME PARTIE: REGLAGES 211

    1 - Calculs de rseau - principe 213 2 - Dtermination des rglages, prliminaires 217 3 - Protection des lignes deux extrmits 219 31 - Rglage des protections de distance 219 311 - Contraintes dues au rseau 219 312 - Contraintes dues l'appareillage 222 313 - Contraintes dues la protection 223

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    314 - Contraintes dues aux autres protections 225 32 - Rglage des protections comparaison de phase 227 33 - Rglage des protections diffrentielles de ligne 227 34 - Rglage des protections puissance homopolaire 228 35 - Rglage des protections d'antenne passive 228 36 - Rglage des protections masse cble 229 37 - Rglage des protections diffrentielles de cble 230 38 - Rglage de l'automate contre la dfaillance du disjoncteur 231

    4 - Protection des lignes trois extrmits 233 41 - Protections de distance des sorties de centrale 233 42 - Ligne 225 kV, piquage passif symtrique court 233 43 - Ligne 225 kV, piquage dissymtrique long, passif 234 44 - Schmas susceptibles de provoquer des dfauts apparemment volutifs 234

    5 - Protection des barres 235 51 - Rglage d'une protection diffrentielle de barres haute impdance 235 52 - Rglage d'une protection diffrentielle de barres basse impdance 237

    6 - Protection des couplages 239 61 - Postes 400 kV et 225 kV 239 62 - Postes 90 kV et 63 kV 239

    7 - Protection des transformateurs 240 71 - Protection de la tranche primaire 240 72 - Protection de la tranche secondaire 241 73 - Protection de la tranche tertiaire 242

    8 - Automates 243

    SEPTIEME PARTIE: EQUIPEMENTS DE MESURE, COMPTAGE ET SURVEILLANCE. 245

    1- Capteurs. 247 2 - Compteurs 251 21 - Installations de comptage des clients les plus importants 251 22 - Alimentation des autres clients 254 23 - Liaisons internationales et groupes de production participation trangre 254 24 - Alimentation des socits de distribution n'appartenant pas EDF 254 25 - Alimentation des centres de distribution EDF 254

    3 - Consignateur d'tats 255 4 - Tlperturbographe 257 5 - Localisateur de dfaut 259 6 - Qualimtre 261

    HUITIEME PARTIE: INSTALLATION ET EXPLOITATION 263

    1 - Normalisation EDF, documentation contractuelle 265 2- Cblage, prcautions contre les surtensions 266 3- Alimentation auxiliaire 268

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    4- Organisation de la conduite et de la surveillance 272 5- Mise en service des tranches neuves 274 6- Maintenance prventive 277 7- Analyse d'incident. 278 8- Dpannage. 282 9- Retour d'exprience. 283

    NEUVIEME PARTIE: QUALITE DE FOURNITURE D'ENERGIE 285

    1 - Harmoniques 287 11 - Dfinition 287 12 - Origine des harmoniques 287 13 - Inconvnients dus aux distorsions harmoniques 290 14 - Comment limiter les tensions harmoniques? 292 2 - Papillotement 295 21 - Variation dans la bande de 0,5 25 Hz 295 22 - A-coups plusieurs secondes d'intervalle 298 23 - Application: raccordement d'un four arc sur un rseau 300

    3 - Dsquilibre 305 4 - Creux de tension et coupures brves 307 41 - Forme de la tension d'alimentation d'un client 307 42 - Comportement des installations d'un client 311

    5 - Contractualisation de la fourniture d'nergie 319

    VOLUME 2 Annexe 1 - Composantes symtriques

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    Annexe 2 - Dtermination de l'impdance apparente et des reports de charge au cours des cycles de renclenchement monophass et triphass.

    Annexe 2-1 : Dtermination du courant maximal de transit en cas de report de charge triphas. Annexe 2 - 2: Fonctionnement du rseau pendant un cycle monophas

    Annexe 3 - Caractristiques lectriques des lignes

    Annexe 4 - Critres de choix des rducteurs de courant Annexe 4 - 1 - Cblage entre TC et protections

    Annexe 5 - Enclenchement d'un transformateur de puissance

    Annexe 6 - Caractristiques de quelques protections de distance statiques

    Annexe 7 - Protection des gnrateurs thermiques

    Annexe 8 - Prsentation du programme Parapluie

    Annexe 9 - Notice d'utilisation du programme Parapluie

    Annexe 10 - Rglage des lignes 3 extrmits

    BIBLIOGRAPHIE

    [1] Vocabulaire lectrotechnique, et en particulier CEI 50-321 Transformateurs de mesure - voir aussi NFC 01-321 CEI 50-421 Transformateurs de puissance et bobins - voir aussi NFC 01-421. CEI 50 441 Appareillage - voir aussi NFC 01-441 CEI 50 448 Protection des rseaux d'nergie - voir aussi NFC 01-448 CEI 50 601 Production, transport, et distribution de l'nergie lectrique - voir aussi NFC 01-601 .

    [2] Symboles, et en particulier CEI 617-7 Appareillage et dispositif de commande pour protection - voir aussi NFC 03-207. [3] Directives de construction des lignes, postes et canalisations souterraines - DEPT - EDF. [4] CEI 185 Transformateurs de courant monophass - voir aussi NFC 42-502 [5] CEI 186 Transformateurs de tension monophass - voir aussi NFC 42-501 [6] Cahier des spcifications et conditions techniques des rducteurs de mesure - DEPT - EDF. [7] Rgles gnrales d'exploitation - DEPT - EDF [8] UTE C 18 - 510 - AFNOR [9] Carnet de prescription au personnel - SPS - EDF [10] Combins de capteurs optiques courant - tension - notice GEC-Alsthom.

    [11] Non conventional current and voltage transformers, CIGRE CE/SE 34. [12] Dispositif de protection par dtection d'mission de gaz deux contacts Buchholz - NFC 52-108. [13] BS 142 - Electrical protective relay [14] Relais de dtection de gaz pour transformateur bain d'huile - notice ABB. [15] Les techniques de diagnostic et la maintenance - symposium CIGRE, BERLIN, Mai 93. [16] Protection d'antenne passive - notice ICE. [17] Protection masse - cble PMCS 1 - notice ICE [18] NFC 54 - 100 - Condensateurs de puissance [19] Protection interne de transformateur PTP 3 000 - GEC-Alsthom [20] Etude des diffrentes causes d'erreur de mesure susceptibles d'apparatre dans les protections

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    statiques type PDS 1 100 -Michel Lami - DEPT - EDF

    [21] Gnralit sur la protection des rseaux lectriques - Marcel Ptard - Centre de formation des Mureaux - EDF. [22] La protection du rseau franais - Marcel Ptard - Revue Gnrale d'lectricit (RGE) n 21, Septembre 1961. Il existe une traduction en allemand. [23] Protections et automatismes de rseau - Ren Sardin - CRTT Est - EDF. [24] Protection de distance RXAP - notice Enertec. [25] Protections de distance PD3A 6000 et PDS - notice Enertec. [26] Protection de distance LZ 95 et RAZOA - notice ABB. [27] Protections de distance PXLC et PXLP - notice GEC-Alsthom. [28] Protection de distance numrique PXLN - notice Enertec. [29] Protection de distance numrique 7SA 511 - notice Siemens. [30] Protections de distance numriques REZ1, REL 100 et REL 316 - notice ABB.

    [31] GEC measurement protective application guide. [32] Tlactions haute et basse frquence grande scurit - Systme TGS - notices Techniphone. [33] GEC P10 - notice GEC Alsthom. [34] 7 SD 31 - notice Siemens. [35] DIFL - notice GEC Alsthom. [36] LFCB - notice GEC Alsthom. [37] DL 323 - notice GEC Alsthom. [38] PDLC 10 - notice ICE. [39] RADSS - notice ABB / INX5 - notice ABB. [40] DIFB - notice GEC Alsthom

    [41] PMLS 345 - notice ICE. [42] PMCT 10 - notice ICE. [43] DRS 50 - notice ICE. [44] BEF 301 - notice ICE. [45] TADD- notice ICE. [46] PADD 3000 - notice GEC Alsthom; TADD 1 - notice ICE. [47] ATRS - notice ICE [48] TART - notice ICE [49] Les plans de protection du rseau de transport, Bernard Duchne, DEPT, EDF [50] Stabilit des grands sites de production l'horizon 87 sur dfaut 225 kV, P. Vergerio, M. De Pasquale, M. Lami, DEPT, EDF

    [51] Evolution des protections du rseau de transport, journe d'tude SEE (voir RGE) du 3/10/85. [52] Circuits trs haute tension et basse tension de liaison d'vacuation d'nergie des centrales thermiques classiques et nuclaires, DEPT EDF, fvrier 90, (dite brochure rouge) [53] conduite en rgime dgrad, note explicative associe la rgle 90-04, Service des mouvements d'nergie, (SME), EDF. [54] Maquette du plan de dfense coordonn, Direction des Etudes et recherches EDF, Ph. Denis, J.C. Bastide, M. Huchet, 20/3/92 [55] Cours de fonctionnement dynamique des rseaux, Direction des Etudes et Recherches EDF, Service Etudes de rseau, Dpartement Fonctionnement et Conduite des Rseaux. [56] Protection contre les dfauts extrieurs des centrales hydrauliques, notes de doctrines XEL 02 10 et XEL 02 11, Direction Production Transport (DEPT), Jacques Lecouturier, 06/92. [57] Guide de rglage des protections - DEPT EDF, 1993.(rgulirement remis jour)

    et notamment: Etude du comportement des protections de distance sur les lignes trois extrmits D 633.91/BD/LB/n 3002 de Bernard Duchne.

    [58] PSPT, notice GEC Alsthom. [59] RAKZB notice ABB.

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    [60] PTP, notice GEC Alsthom. [61] Guide de rglage des automates, CRTT Est, EDF. [62] Transducteurs de mesure lectrique, notice GEC Alsthom. [63] Dossier d'identification et de maintenance, CDM3 et transducteurs de mesure, Chauvin-Arnoux. [64] TEGETEC, notice Schlumberger Industrie. [65] FAN 1, notice Landis et Gyr. [66] PAS 692, notice Techniphone. [67] PAS-PCS 21, notice CETT. [68] ECP 80, notice CETT. [69] TPE 2000, notice GEC Alsthom. [70] SOREL EPC, notice Arthus.

    [71] DLD, notice GEC Alsthom [72] Qualimtre Siemens. [73] APR 8, notice ANPICO [74] Norme HN 46 R 01, appele communment "Dicot", norme EDF diffuse par la DER [75] Traitement des signalisations ncessaires la conduite et la surveillance des installations, dite Brochure violette, DEPT, EDF. [76] Guides de mise en service, DEPT, EDF. [77] Guides de maintenance, DEPT, EDF. [78] Norme HN 33 S 34, DER. [79] Directive H 115, DER. [80] Perturbations lectriques et lectromagntiques des circuits basse tension des postes et centrales, Janvier 1980, diffus par la division Instrumentation d'exploitation de la DER. [81] Guide de l'ingnierie lectrique, par Grard Solignac, ditions Lavoisier. [82] Contrat pour la fourniture d'nergie au tarif vert, dit contrat Emeraude, EDF, Service National. [83] Les moyens d'action et les tlinformations ncessaires pour la conduite du systme production - transport - consommation, dite "brochure Saumon", DEPT, EDF. [84] Perturbations lectriques, comportement des installations industrielles, Claude Mongars, CRTT Est, EDF. [85] Guide des erreurs ne pas commettre, Michel Lami, CRTT Est, EDF (projet) [86] Expos sur les rducteurs de mesure prsent lors des assises "plan de protection 225 kV" organises par la DEPT, D63/603 - Benjamin Gaillet - 29/5/1980. [87] Les techniques de l'Ingnieur, D 135, mesures trs haute tension, Pascal Gayet et Jacques Jouaire, 1979. [88] Les techniques de l'Ingnieur, D 4805, protection des rseaux de transport et de rpartition, Claude Corroyer et Pierre Duveau, 1995. [89] Les techniques de l'Ingnieur, D 69, rseaux lectriques linaires constantes rparties, Robert Bonnefille. [90] Les techniques de l'ingnieur, D 4421, contraintes de conception des lignes ariennes, Yves Porcheron. [91] Protective relays, their theory and practice, Van Warrigton, Chapman and Hall, 1962 [92] Protective relay application guide, GEC, 1975 [93] Utilisation des protections contre les surtensions et la ferrorsonance dans les tranches des postes 400 kV en piquage existant sur une ligne double terne, EDF, DEPT, D 564/91-100 C du 9/8/94 - Pierre Duveau [94] Exploitation d'un poste en antenne, calcul des surtensions en cas d'ouverture d'un poste la source, EDF, DER, HM/15-1152 JcK/CB du 12/3/87

    [95] Systme de protection contre la ferrorsonance, notice ICE. [96] 7 TUD 15, notice Siemens [97] Capacitive voltage transformers: transient overreach concerns and solutions for distance relaying Daqing Hou and Jeff Roberts, Schweitzer Engineering laboratories

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    [98] EPAC 3900, notice GEC Alsthom. [99] Manuel d'utilisation d'EGERIE pour Windows; USI Ile de France. [100] Protection PSEL 3003, notice GEC Alsthom

    [101] Protection 7 SN 21, notice Siemens [102] Mmoire Contrle Electrique de l'USI Est, n 22 [103] Comportement des protections complmentaires dans les rseaux de rpartition HT, Michael Sommer, Universit Paris XI, Orsay [104] Schmathque, Centre National d'ingnierie Rseau (CNIR), DEPT [105] Rglage des protections diffrentielles de cble, Benot Lys, EDF, Production Transport, SIRA [106] Directive de construction des lignes ariennes, Centre National d'ingnierie Rseau, DEPT [107] Directive de construction postes, Centre National d'ingnierie Rseau, DEPT [108] Directive de construction des canalisations souterraines, CNIR, DEPT [109] Programme Courcirc, DER, EDF [110] Base Platine, DER, EDF [111] Guide de mise en service de la tranche, Centre National d'ingnierie Rseau (CNIR), DEPT [112] Note D 6120 / 09 / n 69 - SCE / HC / MCD "fonctionnement du rseau pendant un cycle de renclenchement monophas, dec 72, CNIR (dpartement essais) - DEPT [113] note 4002 / 54.FDQ 94 / JLL / n 3045 " rglage des systmes de protection des rseaux 400 kV" , janvier 1996 - DEPT [114] note 6100 - 06 - 80 - 1572 LB - BGR / CM " programme CELINE" du 11 janvier 1988 - DER [115] rgles gnrales d"'exploitation - DEPT [116] notice Siemens 7 UM 511 generator protection relay (version V3) [117] notice Siemens 7 UM 512 generator protection relay (version V3) [118] notice Siemens 7 UM 516 generator protection relay (version V3) [119] notice Siemens protection numrique de surintensit et de surcharge SIPROTEC 7SJ600 [120] notice Siemens 7 UT 512 / 513 differential protection relay (version V3) for transformers, generators, motors ans short lines

    [121] distance protective relay S 321 - 5, notice Schweitzer [122] the influence of substation busbar and circuit breaker arrangement upon the substation control equipment design and reliability - CIGRE WG 23-05, Bengt Andersson, ABB relays AB, S 72171 Vsters (Sverige). [123] Spcifications fonctionnelles et technologiques des protections et automates du rseau de transport, DEPT, EDF. [124] Code de travaux, Centre National d'ingnierie Rseau (CNIR), DEPT [125] Marchs tarifs, Centre National d'ingnierie Rseau (CNIR), DEPT [126] Dossiers de tranche normalise, Centre National d'ingnierie Rseau (CNIR), DEPT [127] Evolution des protections RXAP, D 5840-E / RXAP-JT / LH du 25-4-94, Jean Thomas, USI Est [128] Mesures lectriques, Maurice Gaillet, 1959 (centre de perfectionnement lectrique de Nanterre)

    ADRESSES

    Normes CEI - 1, Rue de Varemb, Genve, Suisse.

    Normes BS - 2, Park street, London W1A2BS.

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    Normes DIN - Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE, Burggrafenstrasse 4,Postfach 1107, D1000 Berlin 30

    Norme ANSI - American National Standards Institute, 1819L Street, NW, 6th FI. Washington DC 20036

    Normes NF: AFNOR - Gestion des ventes, tour Europe, Cedex 7, 92 049 Paris la Dfense. Toutes les normes, franaises ou trangres, peuvent tre commandes cette adresse.

    CIGRE, 3 Rue de Metz, 75 010 Paris.

    RGE, 48, Rue de la Procession, 75 015 Paris.

    DEPT - EDF - Cedex 48, 92 068 Paris la Dfense.

    EDF, Service National et Service des Mouvements d'nergie (SME), Rue Louis Murat, 75 384 Paris Cedex 08.

    EDF, CRTT Est (ou USI Est), 8, Rue de Versigny, 54 521 Villers ls Nancy.

    EDF, Service Ingnierie Rhne Alpes (SIRA), 15, rue des Cuirassiers, BP 3074, 69399 Lyon Cedex 03

    EDF, USI Ile de France, 32, avenue Pierre Grenier, BP 401, 92 103 Boulogne Billancourt Cedex

    Direction des Etudes et Recherches (DER) - EDF - 1, Avenue du Gnral De Gaulle, 92 141 Clamart

    Service Prvention Scurit (SPS) - EDF - CEDEX 08, 75 382 Paris.

    Les techniques de l'Ingnieur, 8, Place de l'Odon, 75006 Paris

    Constructeurs:

    ALSTOM, alias GEC Alsthom, alias Enertec, alias Compagnie des Compteurs - Lotissement du fond de la Banquire, 34 970 Lattes.

    GEC Measurement: voir mme adresse, et aussi Saint Leonard's work, Stafford ST 174 LX, England

    ICE 41 Rue Crozatier, 75 012 Paris

    Techniphone - 31 Rue de l'Union, 78 600 Maisons Laffitte.

    ABB - S 72 171 Vsters, Sverige. ; CH 5401 Baden, Suisse; 6, Rue des Peupliers, 92 004 Nanterre

    Siemens - Humboldstrasse 59, EVSV PO BOX 4806, 8500 Nrnberg, Deutschland.

    Anpico - 82 Rue du Quesnoy, 59 236 Frelinghien - reprsent par Ecodime, zone des entrepts Juliette, 94 310 Orly.

    Chauvin- Arnoux, 190 Rue Championnet, 75 018 Paris.

    Schlumberger Industrie, BP 620 02, 50 Avenue Jean Jaurs, 92 542 Montrouge Cedex.

    Landis et Gyr Energy, 30, Avenue Pr Auriol, 03 100 Montluon.(adresse en France)

    Techniphone, Boite Postale 22, 13 610 Le Puy Sainte Rparade.

    CETT ( Compagnie Europenne de tltransmision), 3, Parc des Grillons,

    Artus, 6, Rue du Docteur Schweitzer, 91 420 Morangis.

    Schweitzer Engineering laboratories, 2350 NE Hopkins Court, Pullmann, WA 99163-5603, Washington, USA.

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    INDEX

    Acclration de stade 3me partie, 21514; 21531 Alternateur 1re partie, 22 / Annexe 1, 1; 23 Amplificateur 2me partie, 6 / 3me partie, 213 / 8me partie, 5 / 9me partie, 231 Automates 1re partie, 23 / 3me partie, 2347 / 4me partie, 4; 5; 6; 8 / 5me partie, 141, 142 / 6me partie, 8 Autocontrle 3me partie, 214 Autotransformateurs 1re partie, 1 / 3me partie, 2332 / 5me partie, 14

    Cble de garde 3me partie, 21321; 21562 Cble pilote 3me partie, 2321 Canalisations souterraines 1re partie, 1 / 3me partie, 232 / 4me partie, 13 Capteur de tlmesure 7me partie, 1 Caractristiques gomtriques des lignes Annexe 3 Coefficient de terre 3me partie, 2112 / Annexe 2 Comparateur 3me partie, 213; 222 Compoundage 4me partie, 72 Compteur 1re partie, 32 / 2me partie, 1 / 7me partie, 2 / 9me partie, 139 Commutateur 7me partie, 1 Configurateur 7me partie, 32 Consignateur 7me partie, 3; 4 / 8me partie, 32; 7 Courant porteur ligne 3me partie, 21561

    Dfaut biphas-terre 3me partie, 18; 2112 Dpassement de flux 3me partie, 19 Drivateur 3me partie, 2135 Diagramme d'admittance 3me partie, 2128 Double dfaut monophas 3me partie, 2153; 2131

    Eclateur 3me partie, 14 / 3me partie, 2347

    Faisceaux hertziens 3me partie, 21564; 2132 / 5me partie, 312 Ferrorsonance 2me partie, 2, 3me partie, 18 Fibre optique 3me partie, 21563 Filerie 1re partie, 3 / 3me partie, 2343 / 6me partie, 511 / 8me partie, 2 Fluage 4me partie, 113 Force lectromotrice 2me partie, 1 / 3me partie, 212; 24 / 4me partie, 21

    Groupe de production 4me partie, 5212

    Homopolaire 3me partie, 15; 18; 2112; 2121; 2127; 21321; 21521; 21524; 24 / 4me partie, 52122 / 5me partie, 142 / 6me partie, 13 / 8me partie, 7 / 9me partie, 131; 134; 3 / annexe 1, 23 / annexe 2

    Impdance 2me partie, 3 / 3me partie, 11; 2111; 2112; 2123; 2133; 21516 / 5me partie, 111 / 6me partie, 13 / 9me partie, 121; 22; 231; 234 / annexe 2

    Inductance 2me partie, 1; 2; 3 / 3me partie, 2121; 2123; 2127 / annexe 1, 11 Inductance mutuelle homopolaire 3me partie, 2127 Intgrateur 3me partie, 2135 / 7me partie, 12; 15

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    Liaison spcialise 3me partie, 21565 Lignes arienne 1re partie, 1; 2 / 3me partie, 16; 21321; 221; 2321 /

    4me partie, 11; 511 /5me partie, 141 Ligne constantes rparties annexe 1 / annexe 3

    Matrice 6me partie, 1 / annexe 1 / annexe 3 Monostable 3me partie, 2131

    Perturbographe 1re partie, 3 / 3me partie, 214 / 8me partie, 32; 7 Pilote 3me partie, 213; 232 / annexe 6 Pompage 3me partie, 21114 / 4me partie, 21 Pont thyristors 9me partie, 424 Protection ampremtrique 3me partie, 12, 8me partie, 75

    Qualimtre 1re partie, 33 / 7me partie, 6 / 9me partie, 54

    Radiobalise 3me partie, 222 Ractance 3me partie, 21111; 2112; 21311 / 5me partie, 111 /

    6me partie, 31; 42; 71; 73 / 9me partie, 23 Rducteur 2me partie / 3me partie, 2135; 222; 2332; 23423 / 6me partie, 73 /

    7me partie, 14 / annexe 4 Rgulateur 4me partie, 31 / 8me partie, 32 Relais antipompage 3me partie, 21113; 2125; 21326 / annexe 6 Relais bistables 3me partie, 2341 Relais directionnel 3me partie, 2124; 21313 Relais mho 3me partie, 2128; 2133; 2134 Rupture fusible 3me partie, 21123

    Sectionneurs 1re partie, 1 / 3me partie, 234 / 8me partie, 2 Slectivit 3me partie, 11 Synchrocoupleur 4me partie, 524

    Tlaction 3me partie, 215 / 4me partie, 523; 8 / 5me partie, 141 / 6me partie, 2 / 8me partie, 32 / 9me partie, 53

    Tlconduite 4me partie, 8 / 7me partie, 1 / 8me partie, 32; 4 Tldclenchement 3me partie, 15; 21517; 21522; 2155 Tlprotection 3me partie, 215 Tltransmission 3me partie, 215 Temporisation 3me partie, 12; 2123; 2133; 21541; 21543 / 4me partie, 82 / 5me

    partie, , 4 / 6me partie, 38; 61; 823 Tension crte 4me partie, 22 Topologie 3me partie, 2341 Transducteur magntique 3me partie, 2121 Transformateurs de puissance 1re partie, 1; 23 / 2me partie, 1; 2 /

    3me partie, 11; 12; 14; 18; 2129 / 6me partie, 3112 ; 511 / 9me partie, 112; 12; 13; 14; 234 / annexe 5

    Tranche 1re partie, 1 / 8me partie, 5; 6 Verrouillage 3me partie, 21516; 21541

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    PREMIERE PARTIE

    (en cliquant ci-dessus, tu retournes la table des matires gnrale)

    GENERALITES

    1 - RESEAUX DE TRANSPORT D'ENERGIE

    2 - GENERALITES SUR LES PROTECTIONS

    3- EQUIPEMENTS DE MESURE, COMPTAGE, ET SURVEILLANCE

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    1 - RESEAUX DE TRANSPORT D'ENERGIE

    Ils sont constitus d'ouvrages triphass, savoir: des lignes ariennes, des canalisations souterraines, des transformateurs de puissance, et des jeux de barre, agencs suivant le schma ci- dessous:(les tensions et puissances indiques sont celles utilises couramment sur le rseau franais)

    Production Alternateur de Alternateur de centrale hydarulique centrale nuclaire ou thermique de essentiellement, de puissance 250 MW puissance comprise entre 600 et 1400

    MW

    Un 12 kV Un = 20 24 kV

    Un 225 kV Un = 400 kV

    Jeu de barres 400 kV Ligne 400 kV

    Transport Autotransformateur 400 / 225 kV

    de 300 600 MVA

    Jeu de barres 225 kV

    Ligne 225 kV

    Jeu de barres 225 kV

    Ligne 225 kV Transformateur Rpartition 225 kV / 90 kV*

    de 70 170 MVA

    Jeu de barres 90 kV

    Ligne 90 kV* Ligne 90 kV*

    Jeu de barres 90 kV

    Distribution Transformateur

    Ligne 20 kV 90 kV* / 20 kV 20 ou 36 MVA

    * ou 63 kV, suivant les rgions

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    Il existe aussi des transformateurs de puissance permettant la transformation directe du 400 KV en 90 KV ou 63 KV, ou du 225 KV en 20 KV, ainsi que quelques autotransformateurs 90 / 63 KV.

    En ce qui concerne les intensits on dfinit deux niveaux de rfrence:

    - les intensits nominales, qui sont des intensits permanentes, et auxquelles on se rfre pour dterminer les chauffements des ouvrages.

    - les intensits de court-circuit, qui ne durent gnralement que quelques centaines de millisecondes, et auxquelles on se rfre pour la tenue des ouvrages aux efforts lectrodynamiques.

    Les valeurs normalises sont:

    en 400 KV In = 2000 A ou 3150 A Icc = 40 000 A ou 63 000 A

    en 225 KV In = 1250 A ou 2000 A Icc = 31 500 A

    en 90 KV In = 1000 A ou 2000 A Icc = 20 000 A ou 31 500 A entre phases 8 000 A ou 10 000 A entre phase et terre

    en 63 KV In = 1000 A ou 2000 A Icc = 20 000 A ou 31 500 A entre phases 8 000 A ou 10 000 A entre phase et terre

    Chaque ouvrage peut tre

    - connect au reste du rseau, et dconnect, en charge ou en court-circuit, par un disjoncteur.

    - spar du reste du rseau, hors charge par des organes coupure visible: les sectionneurs

    - protg par des quipements de protection et des automates qui dtectent les courts-circuits et les situations anormales du rseau partir des courants circulant dans les ouvrages, et les tensions sous lesquels ils se trouvent. Ces quipements actionnent ensuite les disjoncteurs.

    Les protections et les automates n'utilisent pas les tensions et les courants du rseau, mais des grandeurs beaucoup plus faibles qui leur sont proportionnelles. La transformation se fait par des rducteurs de mesure.

    Les diffrents appareils haute tension d'un poste sont regroups en cellules, chacune d'elles comprenant un disjoncteur. L'ensemble des quipements basse tension d'une cellule est appel tranche.

    Les schmas les plus courants des cellules haute tension sont les suivants:

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    DEPART LIGNE

    Barres d'un poste Barre 1 d'interconnexion Barre 2

    Sectionneurs d'aiguillage

    X Disjoncteur

    Rducteur de courant Relais de protection Et d'automatisme

    Sectionneur de Sectionneur tte de ligne mise la terre

    Rducteur de tension capacitif

    Circuit bouchon

    Ligne arienne

    Circuits haute tension

    Circuits mesure

    Circuit commande

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    DEPART TRANSFORMATEUR

    Barre 1 Jeux de barres du poste primaire Barre 2

    autres dparts Sectionneurs d'aiguillage

    Protection diffrentielle de barres du poste X Disjoncteur primaire (djp)

    Rducteur de courant primaire

    TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE

    Protection masse - cuve Rducteur de courant secondaire

    Rducteur de tension bobin

    Vers djp vers djs Protections et automates au poste secondaire

    Protection diffrentielle de la liaison

    Rducteur de courant au poste secondaire

    X Vers djp Disjoncteur secondaire (djs)

    Sectionneur d'aiguillage

    Jeux de barres Barre 1 du poste secondaire

    Barre 2

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    COUPLAGE ENTRE JEUX DE BARRES

    Sectionneurs de couplage

    Barre 2

    X Disjoncteur de couplage Rducteur de tension

    capacitif (sur une seule phase)

    Rducteur de courant

    Barre 1 Protections et automates Rducteur de tension capacitif (sur les trois phases)

    Nota: les protections peuvent tre utilises soit comme protection de couplage, soit comme protection de ligne. Dans ce dernier cas, une barre est affecte une seule ligne, dont le disjoncteur est pont ou condamn ferm, et les protections hors service. On dit alors que le couplage est utilis en transfert.

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    TRONONNEMENT

    Les postes importants peuvent comporter quatre jeux de barres

    Barre A1 T1 Barre B1

    X

    X X C1 C2

    Barre A2 Barre B2

    X

    T2

    C1 et C2 sont des couplages traits comme ci-dessus T1 et T2 sont des trononnements. Ils ne peuvent pas tre utiliss en transfert.

    Nota 1: notion de nud lectrique

    C'est un ensemble de jeux de barres pouvant tre isol du rseau par des disjoncteurs, mais ne pouvant pas tre lui-mme coup en deux par un disjoncteur. Par exemple le poste de la figure 5 comporte quatre nuds lectriques. Pendant une manuvre de changement de barres, les barres A1 et A2, par exemple, peuvent se trouver relies entre elles lorsque les deux sectionneurs d'aiguillage d'un dpart sont simultanment ferms.

    Dans certains postes, les jeu de barres sont disposs comme sur la figure 5, mais en T1 et T2 il n'y a que des sectionneurs. Le poste ne comporte que deux nuds lectriques.

    Nous verrons que cette notion est importante pour la mise en uvre des protections diffrentielles de barres.

    Nota 2: il existe d'autres schmas de postes l'tranger: postes en anneau, postes un disjoncteur et demi, postes barre de transfert. Chacun a ses avantages et ses inconvnients, mais il importe de ne pas mlanger les types de poste dans un mme rseau.

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    2 - GENERALITES SUR LES PROTECTIONS ET LES AUTOMATES

    Ce document traite de l'ensemble des protection et automates installs sur le rseau de transport. Un aperu est aussi donn de protections des groupes de production en annexe 7

    On distingue:

    2 - 1 - LES PROTECTIONS CONTRE LES COURTS CIRCUITS

    Lorsque un court-circuit apparat sur un ouvrage, les protections provoquent le dclenchement des disjoncteurs encadrant cet ouvrage. Si cette fonction est correctement excute, les disjoncteurs des autres ouvrages ne doivent pas tre dclenchs. Dans le cas contraire, les disjoncteurs d'autres ouvrages doivent tre dclenchs, pour assurer l'limination du dfaut, mais en nombre aussi rduit que possible.

    2 - 2 - LES PROTECTIONS CONTRE LES SITUATIONS ANORMALES DE RESEAU

    Elles comprennent:

    - les protections de surcharge, qui mettent hors tension les ouvrages parcourus par des intensits trop leves, susceptibles de les dtriorer ou de les rendre dangereux. - les protections contre les ruptures de synchronisme, destines viter le dclenchement des alternateurs des centrales lorsque l'un d'eux, ou plusieurs d'entre eux, tournent une vitesse diffrente de l'ensemble des autres alternateurs dbitant sur le mme rseau - les protections de dlestage, destines rtablir l'quilibre production - consommation, et ainsi viter une chute de frquence susceptible de conduire un effondrement gnral des moyens de production.

    2 - 3 - LES AUTOMATES

    La plupart des dfauts crs par la foudre sur les ouvrages ariens disparaissent spontanment au bout de quelques diximes de secondes aprs mise hors tension de l'ouvrage. Aprs certains contrles il est alors possible de remettre l'ouvrage sous tension. Des automates sont chargs de ces contrles. D'autres automates permettent, lorsque plusieurs ouvrages se trouvent hors tension, de remettre rapidement en service ceux qui sont sains.

    D'autres permettent d'viter les dclenchements par surcharge par des manuvres prventives sur d'autres dparts.

    D'autres, enfin, sont utiliss pour maintenir une tension correcte sur le rseau, par action sur les rgleurs des transformateurs

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    3- GENERALITE SUR LES EQUIPEMENTS DE MESURE, COMPTAGE ET SURVEILLANCE

    3 - 1 - MESURE

    Les grandeurs, tension et courant, prsents sur le rseau, ne sont pas directement utilisables, et on passe, l aussi, par des rducteurs de mesure. Au secondaire de ces rducteurs se trouvent connects des capteurs qui laborent les grandeurs ncessaires la conduite du rseau, savoir la puissance active et la puissance ractive sur les ouvrages, et la tension efficace sur les barres, et les transmettent aux quipements de tlconduite sous forme de courants continus proportionnels ces grandeurs.

    3 - 2 - COMPTAGE

    Utilisant les mmes circuits secondaires, on trouve des compteurs d'nergie, mais seulement sur les dparts suivants: . les centrales de production . les clients industriels . les compagnies de distribution non nationalises .les points de livraison aux centres EGS (centres de distribution EDF -GDF) Ils sont haute prcision et doubls uniquement lorsqu'ils intressent des socits extrieures EDF: centrales participation trangre, clients industriels, distributeurs non nationaliss.

    3 - 3 - SURVEILLANCE LOCALE

    On trouve, dans chaque poste: . un tableau synoptique, ou une console de conduite, permettant la conduite locale du poste en cas de panne de tlconduite .un consignateur d'tat, o sont imprimes les manuvres et signalisations issues des appareils haute tension et quipements basse tension de chaque dpart .des oscilloperturbographes, o sont restitues des grandeurs lectriques lors d'un dfaut .ventuellement des localisateurs de dfaut, calculant la distance d'un dfaut sur une ligne .des qualimtres, sur les dparts client, et permettant de mesurer les perturbations qu'il a subies.

    3 - 4 - SURVEILLANCE AU PUPITRE DE COMMANDE GROUPE ( PCG )

    Les PCG sont situs dans des postes o se trouve du personnel en permanence aux heures ouvrables. Le personnel attach un PCG exploite, outre le poste qui l'hberge, un ensemble de postes appels postes satellites. Par exploitation, on entend essentiellement l'entretien du matriel, et en situation exceptionnelle la conduite du rseau.

    3 - 5 - SURVEILLANCE AU CENTRE REGIONAL DE CONDUITE ( CRC )

    C'est de ce point que se fait la conduite du rseau en situation normale. Seules les informations ncessaires cette conduite y sont envoyes. Les informations concernant la surveillance du matriel restent au PCG

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    DEUXIEME PARTIE

    REDUCTEURS DE MESURE

    (en cliquant ci-dessus, tu retournes la table des matires gnrale)

    1 - REDUCTEURS DE COURANT

    2 - REDUCTEURS DE TENSION BOBINES

    3 - REDUCTEURS CAPACITIFS DE TENSION

    4 - PROBLEMES DE SECURITE

    5 - MISES EN SERVICE

    6 - REDUCTEURS OPTIQUES

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    1 - REDUCTEUR DE COURANT

    Cet appareil est destin alimenter les protections et les quipements de mesure et de comptage. Les performances requises sont trs diffrentes, suivant qu'il s'agit d'alimenter une protection contre les courts-circuits ou un autre quipement: la premire doit recevoir une image correcte d'un courant dont la valeur peut tre trs leve, et qui peut comporter une composante transitoire, alors que les autres doivent recevoir une image prcise d'un courant permanent infrieur ou gal au courant nominal. C'est pourquoi le rducteur de courant comprend au minimum deux enroulements, sur deux noyaux distincts. Dans ce qui suit, nous tudierons uniquement l'enroulement "protection".

    Le rducteur de courant est un systme contre raction totale, et son tude complte est assez complexe, surtout si on veut tenir compte de phnomnes non linaires, tels que la saturation et l'hystrsis. Nous donnerons ici une suite d'tudes simplifies, de manire faire apparatre l'origine des contraintes prsentes dans leurs spcifications, des erreurs inhrentes leur fonctionnement, et de leurs limites d'utilisation.

    1-1- Prsentation

    Un transformateur de courant est un transformateur lvateur dont l'enroulement secondaire se trouve pratiquement en court-circuit.

    i1 i2

    Charge secondaire enroulement primaire enroulement secondaire (protections ou comptage)

    Cot primaire, le nombre de spires est faible. Dans le cas des rducteurs de type tore, il n'y a mme pas, proprement parler, de spire, puisque le conducteur primaire traverse en ligne droite le circuit magntique de forme torique, autour duquel est bobin le circuit secondaire. Dans les autres rducteurs, il peut y avoir une ou deux spires.

    Dans un transformateur parfait, le courant secondaire instantan est li au courant primaire par n1 i'2 = - * i1 (1) n2

    tandis que la tension aux bornes de l'enroulement secondaire est lie la chute de tension aux bornes de l'enroulement primaire par le rapport inverse.

    n1 et n2 sont respectivement les nombres de spires primaires et secondaires.

    nota: Dans les rducteurs de type tore, on dmontre que la traverse du conducteur primaire en ligne droite est quivalente une spire.

    Dans la pratique, les valeurs nominales de courant primaire vont de 100 A 3000 A, et le courant nominal secondaire vaut 1 A ou 5 A.

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    1 - 2 - Premire approche

    Nous supposons que le courant secondaire est l'image exacte du courant primaire, quelle que soit l'impdance de charge du circuit secondaire.

    En particulier, lorsque le circuit secondaire est ouvert, la tension secondaire devient infinie.

    Une telle approche est bien entendu aberrante, mais elle montre qualitativement qu'en cas d'ouverture intempestive du circuit secondaire, la tension prend une valeur trs leve (voir 4 de ce chapitre).

    1 - 3 - Deuxime approche

    Nous supposons que le courant secondaire est l'image exacte du courant primaire lorsque l'impdance du circuit secondaire est faible par rapport l'inductance magntisante du rducteur. Nous tudions alors le comportement du rducteur lors d'un court circuit sur le rseau primaire.

    1 - 3 - 1 - Forme du courant primaire

    Lorsque un court circuit apparat sur une ligne, le courant circulant dans cette ligne a approximativement la forme que l'on peut trouver lorsqu'on enclenche une bobine de ractance.

    R1 L1

    u1

    La tension instantane fournie par la source est donne par:

    u1 = U1 * sin (t + ), avec: U1 = tension crte

    = pulsation, soit 2p fois la frquence

    = paramtre dterminant la valeur de u1 quand t= 0

    A l'instant t = 0 on ferme l'interrupteur. Le systme est alors dcrit par l'quation:

    u1 = R1 * i1 + L1 * di1 / dt

    R1 et L1 tant la rsistance et l'inductance du circuit, et i1 tant le courant instantan.

    Aprs rsolution, la solution s'crit:

    - t / i1 = I1 * [ -sin ( - ) * e + sin ( t + - )] (2)

    composante composante

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    apriodique sinusodale avec

    U1 I1 = R1 + L1 *

    1 = L1 / R1 : constante de temps du rseau haute tension alimentant le court circuit

    tg = t1 *

    la condition initiale tant: i1 = 0 pour t = 0, l'asymtrie est maximale pour - = - pi / 2

    Par exemple, si la constante de temps du rseau vaut 60 ms, = 87, et l'asymtrie maximale est obtenue pour = - 3, c'est dire lorsque la tension au moment de l'apparition du dfaut est pratiquement nulle.

    D'o les courbes suivantes, obtenues pour I1 = 1 et U1 = 1, le temps tant indiqu en ms.

    Statistiquement parlant, les dfauts apparaissent plutt lorsque la tension est proche du maximum. Cependant la situation dcrite ici peut se reproduire, surtout lors d'un enclenchement sur dfaut.

    0 , 0 0 0 5 0 , 1 5 7 0 7 9 5 0 , 1 5 6 4 3 4 3 30 , 0 0 1 0 , 3 1 4 1 5 9 0 , 3 0 9 0 1 6 7 4

    0 , 0 0 1 5 0 , 4 7 1 2 3 8 5 0 , 4 5 3 9 9 0 1 50 , 0 0 2 0 , 6 2 8 3 1 8 0 , 5 8 7 7 8 4 8 2

    0 , 0 0 2 5 0 , 7 8 5 3 9 7 5 0 , 7 0 7 1 0 6 3 10 , 0 0 3 0 , 9 4 2 4 7 7 0 , 8 0 9 0 1 6 5 3

    0 , 0 0 3 5 1 , 0 9 9 5 5 6 5 0 , 8 9 1 0 0 6 10 , 0 0 4 1 , 2 5 6 6 3 6 0 , 9 5 1 0 5 6 1 9

    0 , 0 0 4 5 1 , 4 1 3 7 1 5 5 0 , 9 8 7 6 8 8 1 50 , 0 0 5 1 , 5 7 0 7 9 5 1

    0 , 0 0 5 5 1 , 7 2 7 8 7 4 5 0 , 9 8 7 6 8 8 5 70 , 0 0 6 1 , 8 8 4 9 5 4 0 , 9 5 1 0 5 7 0 1

    0 , 0 0 6 5 2 , 0 4 2 0 3 3 5 0 , 8 9 1 0 0 7 3 10 , 0 0 7 2 , 1 9 9 1 1 3 0 , 8 0 9 0 1 8 0 9

    0 , 0 0 7 5 2 , 3 5 6 1 9 2 5 0 , 7 0 7 1 0 8 1 90 , 0 0 8 2 , 5 1 3 2 7 2 0 , 5 8 7 7 8 6 9 7

    0 , 0 0 8 5 2 , 6 7 0 3 5 1 5 0 , 4 5 3 9 9 2 5 10 , 0 0 9 2 , 8 2 7 4 3 1 0 , 3 0 9 0 1 9 2 7

    0 , 0 0 9 5 2 , 9 8 4 5 1 0 5 0 , 1 5 6 4 3 6 9 50 , 0 1 3 , 1 4 1 5 9 2 , 6 5 3 6 E - 0 6

    0 , 0 1 0 5 3 , 2 9 8 6 6 9 5 - 0 , 1 5 6 4 3 1 7 10 , 0 1 1 3 , 4 5 5 7 4 9 - 0 , 3 0 9 0 1 4 2 2

    0 , 0 1 1 5 3 , 6 1 2 8 2 8 5 - 0 , 4 5 3 9 8 7 7 80 , 0 1 2 3 , 7 6 9 9 0 8 - 0 , 5 8 7 7 8 2 6 8

    0 , 0 1 2 5 3 , 9 2 6 9 8 7 5 - 0 , 7 0 7 1 0 4 4 40 , 0 1 3 4 , 0 8 4 0 6 7 - 0 , 8 0 9 0 1 4 9 7

    0 , 0 1 3 5 4 , 2 4 1 1 4 6 5 - 0 , 8 9 1 0 0 4 90 , 0 1 4 4 , 3 9 8 2 2 6 - 0 , 9 5 1 0 5 5 3 7

    0 , 0 1 4 5 4 , 5 5 5 3 0 5 5 - 0 , 9 8 7 6 8 7 7 40 , 0 1 5 4 , 7 1 2 3 8 5 - 1

    0 , 0 1 5 5 4 , 8 6 9 4 6 4 5 - 0 , 9 8 7 6 8 8 9 80 , 0 1 6 5 , 0 2 6 5 4 4 - 0 , 9 5 1 0 5 7 8 3

    0 , 0 1 6 5 5 , 1 8 3 6 2 3 5 - 0 , 8 9 1 0 0 8 5 10 , 0 1 7 5 , 3 4 0 7 0 3 - 0 , 8 0 9 0 1 9 6 5

    0 , 0 1 7 5 5 , 4 9 7 7 8 2 5 - 0 , 7 0 7 1 1 0 0 60 , 0 1 8 5 , 6 5 4 8 6 2 - 0 , 5 8 7 7 8 9 1 2

    0 , 0 1 8 5 5 , 8 1 1 9 4 1 5 - 0 , 4 5 3 9 9 4 8 70 , 0 1 9 5 , 9 6 9 0 2 1 - 0 , 3 0 9 0 2 1 7 9

    0 , 0 1 9 5 6 , 1 2 6 1 0 0 5 - 0 , 1 5 6 4 3 9 5 80 , 0 2 6 , 2 8 3 1 8 - 5 , 3 0 7 2 E - 0 6

    - 1 , 5

    - 1

    - 0 , 5

    0

    0 , 5

    1

    1 , 5

    2

    1 4 7 1 0 1 3 1 6 1 9 2 2 2 5 2 8 3 1 3 4 3 7 4 0

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    1 - 3 - 2 - Flux dans le circuit magntique du rducteur

    Soient R2 et L2 la rsistance et l'inductance du circuit secondaire du rducteur.

    La tension aux bornes du circuit secondaire vaut:

    di'2 u2 = R2 * i'2 + L2 * L2 dt

    R2

    Le flux dans le circuit magntique du rducteur est donn par:

    = u2 * dt = L2 * i'2 + R2 * i'2 * dt

    soit, en remplaant i par sa valeur exprime dans l'quation n 3:

    I'2 - t / 1 - t / 1 = * { R2 * [ 1 * (1 - e ) - sin * t] + L2 * * (e - cos *t)} (4)

    Nous voyons que l'expression du flux comporte un terme priodique, et un terme apriodique. Dans ce dernier, la partie due l'inductance tend vers zro lorsque le temps augmente, tandis que la partie due la rsistance tend vers I'2 * R2 * 1 .

    Dans les cas usuels, c'est cette dernire partie qui cre l'essentiel du flux.

    Nous supposerons par la suite que la charge est purement rsistive, car c'est le cas le plus contraignant. L'quation (4) s'crit alors:

    - t / 1 = o * [1 * * (1 - e ) - sin * t] en posant:

    I'2 o = * R2

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    36 / 320

    et le flux a l'allure suivante:

    Variation de / avec le temps l'apparition d'un dfaut, avec asymtrie maximale et 1 = 120 ms

    t (ms)

    1 - 3 - 3 - Saturation

    L'induction prsente dans le noyau du rducteur est proportionnelle au flux. Lorsqu'elle dpasse une valeur Bmax, de l'ordre de 2 Tesla, elle ne peut pratiquement plus augmenter. Le circuit magntique est satur. Le courant secondaire est pratiquement nul. Les quipements utilisant ce courant comme grandeur d'entre ne peuvent plus fonctionner correctement.

    Le calcul prcdent montre, de manire sommaire, que si nous ne voulons pas dpasser Bmax lorsque le courant atteint sa valeur nominale de court circuit, qu'il comporte une composante apriodique, et que l'asymtrie est maximale, l'induction ne doit pas dpasser Bmax / (t1*w) lorsque le courant de court circuit atteint sa valeur nominale, mais qu'il n'y a pas d'asymtrie.

    Au suivant, nous ne supposons plus que le courant secondaire est l'image exacte du courant primaire, mais nous reprsentons le rducteur par un modle simple, et nous crivons les quations dcrivant le fonctionnement de ce modle dans le rseau.

    - 5

    0

    5

    1 0

    1 5

    2 0

    2 5

    1 1 7 3 3 4 9 6 5 8 1 9 7 1 1 3 1 2 9 1 4 5 1 6 1 1 7 7 1 9 3 2 0 9 2 2 5 2 4 1 2 5 7 2 7 3 2 8 9 3 0 5 3 2 1 3 3 7 3 5 3 3 6 9 3 8 5 4 0 1

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    1 - 4 - Troisime approche

    Nous cherchons un modle simple pour reprsenter le rducteur lorsqu'il n'est pas satur et qu'il n'a pas d' hystrsis. De plus nous ngligeons les flux de fuite.

    Soit l l'inductance propre d'une spire. Un courant i circulant dans cette spire cre un flux

    e = * i

    Le courant i1 circulant dans le circuit primaire cre alors un flux f1= n1* l * i1 , n1 tant le nombre de spires primaires

    Le courant i2 circulant dans le circuit secondaire cre un flux 2 = n2* l * i2 , n2 tant le nombre de spires secondaires

    Aux bornes de la bobine secondaire apparat une force lectromotrice e = - n2* d (1 + 2) / dt

    Si la charge est nulle, la force lectromotrice est nulle: 1 = - 2

    D'o: - i1 / i2 = n2 / n1 = n, qui est le rapport de transformation

    Mais la charge n'est jamais nulle. Nous la supposerons purement rsistive (voir prcdent). Soit R2 cette charge, comprenant la rsistance de la bobine secondaire, de la filerie et des quipements rcepteurs. L'quation de la boucle secondaire est:

    e = - n2 * d / dt = R2 * i2 , avec = 1 + 2

    D'o l'quation diffrentielle liant le courant primaire au courant secondaire:

    (n1 * n2 * di1 / dt + n2 * di2 / dt) * = -R2 * i2 (1)

    i1 tant donn par l'quation n 3 du 131.

    Nous pouvons aussi l'crire: n2 * * ( di'2 / dt - di2 / dt) = R2 * i2

    i'2 tant le courant secondaire du transformateur parfait,

    ou encore: i + t2 * di / dt = i'2 (2)

    avec : L = inductance magntisante = n2 * t2 = constante de temps secondaire = L / R2

    i = courant magntisant = courant d'erreur = i'2 - i2

    Nous pouvons alors reprsenter le rducteur par le modle suivant: i'1 i'2

    L i R2

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    1 - 4 - 1 - Asymtrie maximale sur le courant primaire

    Dans l'quation n 2 nous remplaons i'2 par sa valeur trouve dans l'quation n 3 du 131, qui correspond l'asymtrie maximale:

    -t / 1 i + 2 * di / dt = I'2 * ( e - cos * t) (3)

    La rsolution de cette quation donne le courant d'erreur, que nous appelons i1 :

    1 - t/1 1 1 1 -t/2 i1 = I'2* [ * e - * (cos *t + *2 *sin *t) - ( - ) * e ] 1 - 2 1 + * 2 1 - 2 1+ *2

    (4) Le flux dans le circuit magntique est proportionnel au courant d'erreur:

    = L * i soit / = i * t2 * / i'2

    Cas particulier (pour mmoire): 1 = 2

    t -t / 1 1 -t / 1 i = I'2 * [ * e - * (cos *t + *1 *sin *t - e ) ] (5) 1 1 + *1

    D'o les courbes ci-dessous

    Courbe donnant / o pour 1 = 120 ms, 2 = 1 s, I'2= 20* 2 A, soit / o = 11,2 * I

    temps en ms

    0

    5

    1 0

    1 5

    2 0

    2 5

    3 0

    3 5

    1 1 3 2 5 3 7 4 9 6 1 7 3 8 5 9 7 1 0 9 1 2 1 1 3 3 1 4 5 1 5 7 1 6 9 1 8 1 1 9 3 2 0 5 2 1 7 2 2 9 2 4 1 2 5 3 2 6 5 2 7 7 2 8 9 3 0 1 3 1 3 3 2 5 3 3 7 3 4 9 3 6 1 3 7 3 3 8 5 3 9 7

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    39 / 320

    Courbe donnant / o pour 1 = 120 ms, 2 = 5 s, I'2= 20 * 2 A, soit / o = 56 * I

    temps en ms

    1 - 4 - 2 - Courant primaire symtrique

    C'est le cas o = 87(voir 131). La tension l'instant t=0 est alors proche du maximum.

    Dans ce cas, l'quation diffrentielle n 3 du 141 s'crit:

    i + t2 * di / dt = I'2 * sin * t (6)

    La rsolution de cette quation donne le courant d'erreur, que nous appelons i2:

    I'2 - t / 2 i2 = * (sin *t - *t2 * cos *t + *2 * e ) (7) 1 + *t2

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    1 38 75 112 149 186 223 260 297 334 371 408 445 482 519 556 593 630 667 704 741 778 815 852 889 926 963 1000

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    40 / 320

    Courbe donnant / , pour t2 = 5 secondes, I'A = 20 * 2 A, soit / o = 56 * I

    temps en ms

    1 - 4 - 3 - Enclenchement avec = pi = pi = pi = pi / 4

    L'quation diffrentielle devient:

    i + t2 * di / dt = I'2 * (- sin (pi / 4) + cos ( * t + pi / 4)

    La solution s'crit, en reprenant les quations (4) et (7):

    i3 = (i1 + i2) / 2 (7bis)

    1 - 4 - 4 - Notions sur le calcul du noyau du rducteur

    Les rducteurs sont gnralement spcifis 5 P 20, ce qui signifie que l'erreur sur l'image du courant qu'ils dlivrent doit tre infrieure 5% lorsque le courant primaire est gal 20 * In. Cette erreur maximale peut tre garantie en rgime permanent, pour les rducteurs de qualit standard, et en rgime transitoire pour une constante de temps donne pour les rducteurs de haute qualit. D'autre part, il est spcifi pour chaque type de rducteur sa puissance de prcision, c'est dire la puissance dlivre au circuit secondaire sous In, au-del de laquelle la prcision n'est plus garantie.

    Nous tudions comme exemple un rducteur de rapport 2000 / 1, et de puissance de prcision 15 VA. Ceci signifie que la rsistance de son circuit secondaire R2, qui est la somme des rsistances d'entre des diffrents quipements utilisateurs et de la filerie, est au maximum de 15 .

    Nous supposons que le noyau du rducteur est de forme torique.

    1 - 4 - 4 - 1 - Approximations

    Lorsque cette prcision est tenue, la constante de temps 2 est toujours trs suprieure 1 , qui est elle mme trs suprieure 1 / . D'o les approximations suivantes:

    - 0 , 5

    0

    0 , 5

    1

    1 , 5

    2

    2 , 5

    1 1 3 2 5 3 7 4 9 6 1 7 3 8 5 9 7 1 0 9 1 2 1 1 3 3 1 4 5 1 5 7 1 6 9 1 8 1 1 9 3 2 0 5 2 1 7 2 2 9 2 4 1 2 5 3 2 6 5 2 7 7 2 8 9 3 0 1 3 1 3 3 2 5 3 3 7 3 4 9 3 6 1 3 7 3 3 8 5 3 9 7

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    41 / 320

    a) rgime asymtrique (voir formule (4) du 141)

    l'erreur passe par un maximum gal :

    i 1 1 = + I'2 2 2 (8)

    l'instant t = 1 * Ln (2 / 1) (9)

    puis tend vers zro

    b) rgime symtrique

    l'erreur passe par un maximum gal :

    i / I'2 = 2 / ( * 2) (10)

    puis tend vers 1 / ( * 2)

    1 - 4 - 4 - 2 - Rayon du tore

    Il existe deux types de rducteurs:

    - les rducteurs sans entrefer.

    Ils sont sensibles aux phnomnes non linaires inhrents aux circuits magntiques, tels que la non - linarit de la courbe d'aimantation et l'hystrsis. En revanche leur inductance magntisante est trs leve, et l'erreur due au courant magntisant est trs faible. Ils sont gnralement utiliss lorsqu'on ne cherche pas passer correctement la composante asymtrique,

    - les rducteurs avec entrefer

    Tant qu'ils ne sont pas saturs, leur rponse est linaire, c'est dire que le courant secondaire est li au courant primaire par l'quation diffrentielle linaire (2) du 14. En revanche leur constante de temps est plus faible que celle des prcdents, ce qui introduit une erreur systmatique connue, mais importante. Ils sont utiliss lorsqu'on cherche passer correctement la composante asymtrique.

    Pour chacun d'eux nous allons chercher le rayon minimal du tore permettant d'viter la saturation, en rgime symtrique et en rgime asymtrique. Pour cela nous allons nous fixer la valeur de constante de temps secondaire 2 permettant de ne pas dpasser une erreur de 5%:

    - rgime asymtrique: la formule 8 nous donne approximativement: 2 > 0,120 / 0,05 = 2,4 s

    - rgime symtrique: la formule 10 nous donne: 2 > 2 / ( * 0,05) = 0,12 s

    Nous retiendrons la valeur de 2,4 s dans les deux cas.

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    42 / 320

    a) rducteurs sans entrefer

    Nous cherchons quel est le courant magntisant maximal possible

    r

    L'induction lmentaire moyenne cre par une spire est:

    o * r * i Be = (11) 2 * pi

    avec r = permabilit magntique du noyau = rayon moyen du tore

    L'induction totale vaut:

    B = n2 * Be

    Elle atteint la valeur de saturation Bs = 2 Tesla pour:

    Bs * 2 * pi i = (12) o * r * n2

    Or le courant maximal i'2 vaut 20 * 2 A, d'o

    - si le rducteur ne doit pas se saturer en rgime asymtrique

    i < i'2 * 1 / 2 = 1,4 A

    Si nous prenons r = 10000, nous trouvons, avec la formule (12), un rayon minimal de 2,8 m.

    - s'il ne doit pas se saturer seulement en rgime symtrique

    i = 2 * i'2 / ( 2) = 0,07 A

    et, d'aprs la formule 12:

    = 0,14 m

    La prcision devient alors 0,07 / (20 * 2) = 0,25 %

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    43 / 320

    On peut mme diminuer le rayon en utilisant des rducteurs de courant nominal secondaire 5 A, ce qui conduit un rapport n2 cinq fois plus petit, mais une charge secondaire plus importante.

    b) rducteur avec entrefer

    Les noyaux de ces rducteurs ont des entrefers de quelques diximes de millimtre chacun, rpartis sur le tore. Nous supposons que la rluctance de leur circuit magntique est entirement due ces entrefers, et nous cherchons quelle doit tre leur valeur minimale pour que l'induction ne dpasse pas 2 Tesla lorsque le courant primaire est maximal et l'erreur maximale.

    L'induction lmentaire cre par une spire est:

    Be = o * i / e e tant la longueur totale des entrefers.

    L'induction totale vaut B = n2 * Be = n2 * o * i / e

    Elle doit tre infrieure 2 Tesla, d'o: e > n2 * o * i / 2

    - si le rducteur ne doit pas se saturer en rgime asymtrique, e = 1,8 mm

    - sinon e = 0,09 mm

    Le rayon minimal du tore est ensuite fix par le rayon minimal r de sa section.

    L'inductance magntisante vaut, dans tous les cas:

    L = 2 * R2 = 2,4 * 15 = 36 Henry

    1 - 4 - 4 - 3 - Calcul du rayon r de la section du tore

    a) rducteur sans entrefer

    Le flux lmentaire cr par une spire vaut (formule 11 du 1431):

    o * r * i * pi * r e = Be * pi r = 2 * pi *

    Le flux total auto - induit par les spires secondaires vaut:

    = n2 * e = L * i

    D'o, en remplaant e par sa valeur:

    2 * pi * L 1 2 * * L r = = *

    n2 * r * o * pi n2 r * o

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    ce qui, dans l'application numrique, donne:

    - si le rducteur doit passer les rgimes asymtriques: r = 64 mm - sinon: r = 15 mm

    b) rducteur avec entrefer

    Le flux lmentaire cr par une spire vaut:

    e = Be * pi * r = pi * r * o * i / e

    Le flux total auto - induit par les spires secondaires vaut:

    = n2 * e = L * i

    d'o: L = n2 * pi * r * o / e

    1 L * e et: r = * (11) n2 pi * o

    - si le rducteur doit passer les rgimes asymtriques: r = 64 mm

    sinon: r = 15 mm

    Nous voyons ainsi que si nous voulons que les rducteurs ne se saturent pas sur rgime apriodique, ses dimensions s'accroissent fortement.

    Nous voyons d'autre part que, dans l'exemple pris ici, la prsence d'un entrefer a permis de diminuer la longueur du circuit magntique, mais pas sa section.

    1 - 4 - 5 - Tension de coude

    C'est la valeur efficace de la tension sinusodale qui, applique au secondaire du rducteur, lorsque le primaire est ouvert, provoque la saturation du circuit magntique. De manire plus prcise, c'est la valeur partir de laquelle il suffit de l'augmenter de moins de 10 % pour que le courant circulant dans le circuit secondaire augmente de 50%. Dans le cas tudi, elle vaut au minimum:

    a) rducteur sans entrefer:

    V coude = L * * I = 36 * 314 * 0,0018 *20 = 405 V

    b) rducteur avec entrefer

    V coude = L * * I = 36 * 314 * 0,05 *20 = 11,3 k V

    Nous voyons que la prsence d'un entrefer accrot la tension de coude.

    Lorsque le courant circule au primaire du rducteur et que le secondaire est ouvert, la tension maximale pouvant apparatre ses bornes est approximativement la mme que la tension de coude. Ceci montre que les rducteurs entrefer doivent tre imprativement protgs par des parafoudres, gnralement rgls 2 kV (voir 4-1).

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    1-5- Types usuels de rducteurs de courant

    Il existe sur le rseau EDF 3 types de rducteur:

    -rducteur dit "classe PS", (dnomination EDF), dont l'induction est la limite de sa valeur de saturation en rgime symtrique, pour le courant de court-circuit maximal spcifi. Ce type d'appareil est conforme la norme CEI 185. Son courant nominal secondaire est 5 A. Il ne comporte pas d'entrefer.

    Lorsqu'il est satur, une alternance sur deux est correcte. Il ne peut tre utilis qu'avec des protections capables de ne pas mettre d'ordre intempestif dans ces conditions. Nous verrons plus loin qu'il s'agit alors des anciens modles de protection, ou de modles comportant un systme d'insensibilisation la saturation.

    -rducteur dit "ME 21", dont l'induction ne dpasse pas la moiti de l'induction de saturation en rgime symtrique, pour le courant de court circuit maximal spcifi. Son courant nominal secondaire est 5 A. Il comporte un petit entrefer. Sa tension de coude est de 600 V

    Lors d'un renclenchement sur dfaut, si son circuit magntique a gard une induction rmanente, son induction ne dpasse pas, en rgime priodique, l'induction de saturation, et l'intensit secondaire reste correcte pour une alternance sur deux. Cet appareil est, en principe, lui aussi rserv aux protections insensibles la saturation. En fait, des essais ont montr que les autres protections peuvent elles aussi tre utilises dans certaines conditions de rseau, dterminer pour chacune d'elles. Nous verrons, dans la sixime partie et l'annexe 4, comment dterminer si ce type de rducteur convient ou pas pour une protection donne, dans un environnement donn.

    -rducteur dit "MA 102" (400 et 225 KV) et "MA 103" (90 et 63 KV), qui est spcifi pour donner une rponse correcte mme en cas de rgime transitoire asymtrique, y compris avec renclenchement. Son courant nominal secondaire est 1 A. Il est conforme la norme CEI 44-6, type TPY. Sa tension de coude est de 6 kV.

    Le comportement de ce rducteur aux rgimes apriodiques a t spcifie comme suit:

    Ils ne doivent pas se saturer lorsqu'ils sont soumis au courant de court circuit maximal, avec la composante apriodique maximale, pendant un temps t', puis un courant nul pendant un temps tfr, puis de nouveau parcourus par le courant de court circuit maximal pendant un temps t''

    * 400 KV: la constante de temps est 120 ms, avec t' = 155 ms, tfr = 1505 ms, t" = 200 ms

    * 225 KV: la constante de temps est 120 ms, avec t' = 155 ms, tfr = 1005 ms, t" = 60 ms

    * 90 KV et 63 KV, au secondaire des transformateurs: la constante de temps est de 180 ms, avec t' = 175 ms, tfr = 1505 ms, t" = 395 ms

    * 90 KV et 63 kV pour les dparts ligne: la constante de temps est de 40 ms, avec t' = 175 ms, tfr = 1505 ms, t" = 395 ms

    Ces appareils sont appels familirement "Rducteurs de courant grosse tte"

    Bibliographie [4],[6], [86]

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    2 - REDUCTEUR DE TENSION BOBINE

    C'est un vritable transformateur, dont le primaire reoit la tension du rseau, et le secondaire restitue une tension image gale 100 V entre phases lorsque la tension primaire est gale la tension nominale.

    C'est le mme enroulement qui fournit la tension aux protections et aux autres quipements.

    Les difficults rencontres pour la ralisation de cet appareil sont:

    - fourniture d'une tension secondaire avec la prcision requise lorsque la tension primaire est faible. En effet, dans ce cas, les phnomnes d'hystrsis sont particulirement sensibles. Pour les appareils de prcision on est conduit utiliser des circuits magntiques avec entrefer.

    - charges "piges" lors de cycles de dclenchement et renclenchement. En effet, aprs ouverture des disjoncteurs d'une phase saine, la phase reste charge. Un rgime oscillatoire amorti apparat, cr par la capacit de la ligne et l'inductance de l'appareil. Elle peut tre trs basse frquence, ce qui provoque la saturation de son circuit magntique. Au renclenchement il fournit alors une tension trs faible, ce qui peut entraner un fonctionnement incorrect des protections. L aussi, pour se prmunir de ce phnomne, il faut fonctionner avec une induction nominale faible, en utilisant un entrefer. Mais ceci conduit une puissance de prcision faible.

    - Ferrorsonance:

    on appelle ferrorsonance l'ensemble des phnomnes de relaxation trs basse frquence, c'est dire 50 HZ ou une frquence sous harmonique, gnralement 3 ou 5, apparaissant lorsqu'une bobine saturable, ici le transformateur, est lie un lment sous tension par un condensateur. La tension primaire peut alors atteindre une valeur dangereuse pour le matriel. Ce cas se rencontre, entre autres, pour les rducteurs de tension bobins placs sur les barres des postes (voir 3me partie, 18).

    Condensateur C1

    Rducteur bobin X

    Condensateur C2 bobine charge additionnelle

    C1 est le condensateur interne au disjoncteur de puissance C2 reprsente la capacit du jeu de barres par rapport au sol

    Pour viter ce phnomne, on place en parallle avec la charge une bobine additionnelle se saturant lorsque la tension dpasse largement la tension nominale - par exemple 110 V- mais d'inductance suffisamment leve pour ne pas dgrader, en rgime tabli, le courant circulant dans la charge. De plus, cette bobine possde une rsistance suffisante pour amortir les phnomnes oscillatoires qu'elle pourrait engendrer.

    Bibliographie [5], [6], [20]

    3 - REDUCTEUR DE TENSION CAPACITIF

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    C'est un appareil hybride, comportant un diviseur capacitif, form par les condensateurs C1 et C2, et un transformateur T. On ajoute une bobine L pour accorder les deux systmes.

    C'est le mme enroulement qui fournit la tension aux protections et aux autres quipements.

    Le schma de principe est le suivant:

    400 kV ou 225 kV

    C1 L A B

    S1 T charge C2 secondaire S2 transformateur de couplage pour transmission courant porteur ligne

    L'inductance doit tre choisie de telle manire que, du point B, la tension V1 soit celle qu'on obtiendrait en A avec une impdance de charge infinie.

    V1 = V* C1 / ( C1 + C2 )

    Nous supposerons que la charge ramene en B est purement rsistive. Elle a pour valeur :

    R = R charge * n n tant le rapport de transformation.

    Ceci nous conduit, aprs calcul, la condition:

    L* * ( C 1 + C 2 ) = 1

    Cette condition n'est vraie que si la frquence est bien la frquence nominale du rseau. Pour les frquences diffrentes, ou pour les rgimes transitoires, l'image de la tension fournie est entache d'erreur. C'est pourquoi ces appareils ne peuvent pas tre employs pour des protections qui ne filtrent pas les rgimes transitoires.

    Cependant, plus l'impdance de charge est leve (charge faible), plus la prcision reste bonne des frquences diffrentes de la frquence nominale.

    Ferrorsonance:

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    ce phnomne n'a pas, jusqu' ce jour, t observ sur les rducteurs de tension capacitifs utiliss sur le rseau EDF.

    Il semble toutefois que ce problme soit apparu sur d'autres rseaux, ce qui a conduit dvelopper des circuits de suppression de la ferrorsonance:

    charge

    circuit actif

    On interpose un circuit rsonant 50 Hz entre le rducteur et une rsistance additionnelle. Lorsque la frquence est diffrente de 50 Hz, la rsistance du circuit secondaire augmente rapidement, ce qui "casse" le phnomne.

    charge

    Rf Lf R

    Circuit passif

    Un clateur s'amorce en cas de surtension due la ferrorsonance. La rsistance R se trouve alors introduite dans le circuit. Si la ferrorsonance se maintient, la ractance Lf se sature et court-circuite Rf, ce qui modifie l'impdance du circuit.

    Bibliographie [5], [6], [97]

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    4 - PROBLEMES DE SECURITE LIES AUX REDUCTEURS DE MESURE

    4 - 1 - Rducteurs de courant.

    En fonctionnement normal, le flux cr par le courant primaire est presque intgralement compens par le flux cr par le courant secondaire. Mais si le secondaire est ouvert, la tension au secondaire est proportionnelle la drive du flux primaire et peut atteindre des valeurs trs importantes; plusieurs milliers de volts pour les rducteurs classe PS ou ME 21 qui se saturent rapidement, et plusieurs dizaines de milliers de volts pour les rducteurs type MA 102 ou MA 103, qui ne se saturent pas. C'est pourquoi:

    Toute intervention sur un circuit courant se fait en court-circuitant au pralable le circuit secondaire par un organe de scurit appel court circuiteur d'intensit.

    De plus, les diffrentes connexions sont ralises avec des connecteurs spciaux, type SECURA ou ENTRELEC. Enfin, pour les rducteurs type MA 102 et MA 103, un dispositif limiteur de tension est install.

    Lorsqu'un rducteur possde plusieurs noyaux, le circuit secondaire associ chacun de ces noyaux est protg par un seul court - circuiteur d'intensit.

    4 - 2 - Rducteurs de tension

    Quand des personnes, travaillant sur les quipements basse tension d'un dpart, injectent au secondaire d'un de ces appareils une tension alternative de quelques dizaines de volts, une tension de plusieurs dizaines de milliers de volts apparat au primaire. Si d'autres personnes travaillent sur des conducteurs raccords ce primaire, elles peuvent tre lectrocutes.

    Il est impratif, avant de travailler sur le primaire d'un rducteur de tension, de sparer son circuit secondaire des quipements basse tension qu'il alimente par un organe de scurit.

    Un rducteur de tension possde un seul circuit secondaire, qui est ensuite scind en plusieurs parties, trois gnralement, pour alimenter les diffrents quipements utilisateurs. Schmatiquement, la rpartition est la suivante:

    - automates et capteurs

    - protection principale

    - protection de secours

    Chaque circuit est protg individuellement, soit par des fusibles, soit par un disjoncteur. Le choix de la protection peut imposer le type de protection (voir "rupture fusible", 21123)

    Bibliographie [7], [8], [9] 5 - MISE EN SERVICE

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    5 - 1 - Problmes de reprage

    Pour les rducteurs de courant, la norme NFC 42-502 indique que la borne P1 est isole du capot mtallique entourant la tte, et P2 au potentiel de cette tte. Les bornes P1 et S1 sont des potentiels de mme sens.

    Sur les schmas normaliss EDF, la borne P2 est ct ligne. La recommandation CEI en rfrence ne donne pas d'indication sur ce sujet et de nombreux pays utilisent la convention inverse.

    Pour les rducteurs de tension, la norme NFC 42-501 spcifie que la borne P1 est au potentiel de la ligne, et que la borne P2 est relie la terre. Les bornes P1 et S1 sont des potentiels de mme sens. Mais la recommandation CEI donne des indications diffrentes.

    Il importe donc, pour chaque pays, de se renseigner sur les conventions qu'il utilise.

    5 - 2 - Essais de mise en service

    A EDF, nous faisons trs peu d'essais de mise en service, les certificats d'essai de rception des constructeurs faisant foi. Nous vrifions

    - que la borne P2 est bien du ct des barres,

    - que le limiteur de tension des rducteurs de courant entrefer fonctionne correctement.

    Pour cela, nous dconnectons ce limiteur de l'quipement, et l'alimentons avec une tension croissante. Il doit devenir passant pour une tension suprieure 550 V. Nous faisons ensuite dcrotre le courant jusqu' ce qu'il redevienne non passant, et notons la valeur du courant juste avant qu'il ne se coupe.

    Bibliographie [4], [5], [6], [76]

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    6 - REDUCTEURS OPTIQUES

    Ces appareils sont encore exprimentaux. Ils utilisent l'effet des champs lectriques et magntiques sur le plan de polarisation de la lumire:

    - les rducteurs de tension utilisent l'effet POKKELS.

    On fait circuler un rayon laser polaris l'intrieur d'une fibre optique ralise avec un verre de qualit particulire, flint lourd, et enroule dans un champ lectrique cre par la tension. Le plan de polarisation de la lumire tourne d'un angle proportionnel ce champ. Un analyseur et un amplificateur placs l'extrmit de la fibre permettent d'obtenir un signal lectrique image de la tension primaire.

    - les rducteurs de courant utilisent l'effet FARADAY.

    On fait de mme circuler un rayon laser polaris l'intrieur d'une fibre optique enroule dans un champ magntique cre par le courant primaire. Le plan de polarisation de la lumire tourne d'un angle proportionnel au champ magntique. Le traitement est ensuite identique au prcdent.

    Ces appareils, outre les amliorations escomptes sur la prcision, l'encombrement et le prix, ont l'avantage de s'affranchir totalement des problmes de saturation. De plus les contraintes de scurit inhrentes aux rducteurs classiques sont supprimes. Cependant ils ne sont compatibles qu'avec des protections faible niveau d'entre. De plus, il n'existe pas, actuellement, de protocole de dialogue normalis entre les rducteurs et les quipements utilisateurs: protections, automates. Ceci impose de confier au mme constructeur l'ensemble rducteurs - protections, ce que les utilisateurs n'acceptent pas.

    Un consensus semble toutefois se dessiner, qui pourrait conduire un protocole de dialogue normalis.

    Bibliographie [10], [11]

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    TROISIEME PARTIE

    (en cliquant ci-dessus, tu retournes la table des matires gnrale)