max_io
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Le coefficient de sélectivité longitudinale
Dans un poste source, le coefficient de sélectivité longitudinale « ββββ » est le rapport entre le courant homopolaire d’un départ et celui de l’arrivée. Il est défini par la relation
ARA
dZo.)CodCo(j1
Io3Io3 ωωωω−−−−++++========ββββ
CoR capacité homopolaire du réseau, Cod capacité homopolaire du départ considéré, ZoA impédance homopolaire de l’Arrivée.
A l’aide du graphique ci-dessous, nous pouvons évaluer, le coefficient β en fonction du capacitif résiduel des départs sains. On peut considérer qu’il existe une sélectivité longitudinale satisfaisante si β ≥ 1,2 Pour un capacitif supérieur à 150A, une résistance de point neutre de 80 Ω permet de réunir les conditions d’une bonne sélectivité longitudinale. Une résistance de 40Ω assure cette sélectivité pour un capacitif supérieur à 280A. Le même résultat est obtenu par une impédance de neutre 40Ω+j40Ω et pour un capacitif excédant 360A. Le graphique montre également que la compatibilité entre une inductance et un plan de protection ampèremétrique doit faire l’objet d’une étude lorsque le réseau est fortement capacitif. Il existe en effet des risques de résonance pour lesquels l’utilisation de relais à maximum d’intensité résiduelle est inadaptée.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
180
189
200
212
225
240
257
277
300
327
360
400
450
514
600
80+8j
40+8j
40+40j
12j
40j
Courant de Capacité résiduel des départs sains (A)
Valeur du rapport β β β β = Io départ en défaut
Io Arrivée
ββββ
3Ico
1,20
Sélectivité logitudinale assurée
Absence de Sélectivité logitudinale
Dans un poste où le neutre du réseau est relié à la terre par une impédance, il est nécessaire de
corriger le réglage de la protection « Arrivée » par la relation ℜA= maxD2,1 ℜ
β1 afin d’obtenir
une bonne sélectivité longitudinale
1 ℜDmax correspond au réglage le plus élevé des protections situées en aval
Considérons un réseau 20 kV, siège d’un défaut monophasé.
Nous appelons β le rapport )A(
)1D(
J
J et λ le rapport
)2D(
)1D(
J
J. La sélectivité naturelle longitudinale
existe si β ≥ 1,2. La sélectivité naturelle transversale existe si λ ≤ 0,8. Nous examinons les sélectivités pour différentes valeurs de Zn.
26,1237
299 ==β ; 16;0299
47 ==λ
La protection du départ en défaut étant plus sensible que les protections de l’Arrivée et du départ D1, il existe une sélectivité naturelle longitudinale et transversale.
A
D1
D2
R= 40 Ω
47 Α
299 Α
237 Α
82,0186
152 ==β ; 35,0152
53 ==λ
La sélectivité longitudinale entre D2 et l’Arrivée ne peut être assurée que si le réglage de la protection de l’Arrivée est corrigé
tel que IroA≥ .,β21
IroDmax .
A D2
Ζ=40+j40Ω
53 Α
152 Α
186Α
D1
Ces exemples montrent qu’il est nécessaire d’étudier la coordination entre le plan de protection ampèremétrique et l’impédance de mise à la terre du neutre. Sur les réseaux à neutre impédant (F>3) la sélectivité longitudinale est obtenue par l’échelonnement des temporisations entre les départs et l’Arrivée. On règle la protection amont en tenant compte du coefficient β qui doit être calculé. Lorsque la sélectivité transversale est du type ampèremétrique, elle est assurée par des protections à temps dépendant ou par la désensibilisation des protections des départs. Dans ce dernier cas, on détermine la valeur maximale du capacitif (3Ico) du départ considéré et on règle le seuil de la protection tel que ℜd ≥1,2. 3Ico2. 2 Lorsque F≤3, on peut régler la protection ℜd ≥0,6. 3Ico
Principe du réglage d’une protection à maximum d’intensité
Exemple de réglage pour Zn = 40Ω+j40 Ω et pour un capacitif Σ3Ico = 240 A. Si « D1 » est le départ présentant le plus grand capacitif (60A), le coefficient β est voisin de 0,8 pour un capacitif de 240 A. Le réglage de la protection du départ D1 sera fixée à ℜ=1,2 x 60 =72 A. La protection de l’Arrivée sera réglée
à une valeur ℜ = A1088,0
722,1 =× .
A D2
Ζ=40+j40Ω
108Α/1s
D1
72Α/0,5s
12Α/0,5s
La sélectivité est assurée par l’échelonnement des temporisations. Il convient cependant de vérifier que de tels réglages sont compatibles avec les obligations de sécurité.
La sensibilité de la protection Les sensibilités relatives à ces réglages sont représentées sur l’abaque ci-contre. La sensibilité du départ est d’une centaine d’ohms. Celle de l’Arrivée est inférieure à cette valeur. Si on prend comme référence la répartition statistique des défauts à la terre sur un réseau rural de distribution3, La sensibilité du plan de protection est insuffisante.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
24 36 48 60 72 84 96 108
120
Us= 20780 VΣ3Ico = 240 AZn = 40 Ω+j40Ω
Départ
Arrivée
Réglage de la protection (A)
Sen
sibi
lité
Les plans de protection ampèremétrique sont souvent incompatibles avec l’exploitation en sécurité des réseaux comportant des lignes aériennes. On est alors conduit à les compléter par des dispositifs plus sensibles capables de détecter des défauts de 15 kΩ environ. A titre d’exemple, le schéma ci-après représente le plan de protection ampèremétrique d’un réseau HTA exploité avec un neutre impédant par ELECTRICITE DE FRANCE.
3 On se reportera au paragraphe 1.6.1
Protection F51N détectant les défauts francs. Protection DTR4 détectant les défauts résistants. Arrivée HTA Protection F51N détectant les défauts francs. Départ HTA Protection F51N détectant les défauts francs. Protection PARCS5 détectant les défauts résistants. Poste divisionnaire Protection F51N détectant les défauts francs. Protection PARCS détectant les défauts résistants. Code ANSI des relais PARCS ET DTR : F51N
Les protections ampèremétriques complémentaires, pour être sélectives dans une large gamme de défaut, doivent être fortement temporisées. Il existe des cas6 où l’utilisation d’un plan de protection ampèremétrique est incompatible avec les caractéristiques du réseau. Conclusion Sur les réseaux exploités avec un neutre impédant et présentant un fort capacitif homopolaire, la détections de courts-circuits à la terre par le critère ampèremétrique ne permet pas toujours de concilier sélectivité et sensibilité. Le fait d’améliorer la sélectivité revient souvent à dégrader la sensibilité du plan de protection. Les exploitants se tournent alors vers des solutions utilisant la puissance homopolaire comme critère principal de détection des défauts à la terre.
4 Détection de terre résistante 5 Protection Ampèremétrique Complémentaire et Sélective appelée « EPATR » par EDF. 6 Cas des réseaux fortement capacitifs nécessitant une compensation partielle ou totale par une impédance de point neutre comportant une inductance.