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Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volu

Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 1/ 320 Laxou, mis à jour le 1er février 2003 Avertissement: Ce recueil de documents (voir table des matières) a été réalisé à partir d'une expérience sur le réseau de transport d' Electricité de France; mais les principes exposés ont une portée générale, et les particularités du réseau français ne sont mentionnées qu'à titre d'exemple. Il n'a pas la prétention de fournir directement des solutions concrètes à tous les problèmes de protection de réseau, mais seulement des méthodes d'approche de ces problèmes. Il n'engage pas la responsabilité d'EDF. Les solutions concrètes seront obtenues à partir de documents tels que: - Normes du Comité Electrotechnique International (CEI) - British standarts (BS) - Deutsche Institute für Normung (DIN) - American national standards Information (ANSI) - Normes NF de l'Association Française des normes (AFNOR) - Normes internes EDF (H et HN), publiées par la Direction des Etudes et Recherches - Notices des constructeurs des différents équipements - Directives internes à chaque compagnie. Ces directives comprennent, pour EDF: . Notes de doctrines décrivant les plans de protection [49] . Règles générales d'exploitation [7], [9] . Directives de construction des lignes aériennes[106], postes [107], canalisations souterraines[108] . Schémas normalisés de filerie [104] . Guides de réglage des protections et des automates [57] ,[61] . Programmes de calcul de court circuit [50], [99], [109] . Répertoire des caractéristiques d'ouvrages [110] Ce recueil pourra servir à analyser les normes et notices, et à élaborer les directives internes. Il pourra être aussi utilisé par les non-spécialistes qui voudraient avoir une idée qualitative des problèmes traités. Parmi les équipements pris comme exemple, se trouvent aussi bien des matériels anciens, voire même obsolescents, que des matériels nouveaux ou expérimentaux, de manière à montrer l'évolution des principes et des technologies. Le programme PARAPLUIE, conçu à partir des documents concernant les protections de distance, reprend l'idée de programmes réalisés antérieurement, tels que REGPRO créé par la région Sud Est, ou PROTEC créé par la région Est, et auxquels ont travaillé de nombreux ingénieurs, techniciens et stagiaires spécialistes du contrôle électrique. Ces programmes ont été jugés indispensables par tous ceux qui ont été confrontés aux problèmes de réglage des protections de distance, et ont rendu de grands services. Ils n'ont malheureusement pas bénéficié, après changement de fonction de ceux qui les avaient créés, de la maintenance nécessaire. Ces documents sont destinés à permettre la mise en place d'une telle maintenance. Michel LAMI 4, allée des poiriers, 54520 Laxou tel 03 8341 1315 06 6241 4513 E.mail michel.lami@free.fr Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 2/ 320 Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 3/ 320 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'éviter la détérioration des alternateurs ou transformateurs en cas de fonctionnement dans de mauvaises conditions, dues à des défaillances internes, tels que défauts d'isolement ou panne de régulation. Sur des matériels bien conçus, bien fabriqués, bien installés, bien entretenus et bien exploités elles n'ont à fonctionner qu'exceptionnellement, et leur défaillance peut passer inaperçue. De plus, si une protection est défaillante lors d'un incident, les dommages causés à l'alternateur ou au transformateur peuvent avoir des conséquences financières importantes, mais qui restent internes à la compagnie de production d'électricité: perte de production, qui doit être compensée par des moyens de production moins économiques, et réparation de l'appareil endommagé. Sur un réseau de transport, le problème se pose de manière totalement différente: D'abord, une ligne aérienne, qui passe sur le domaine public, est périodiquement sujette à des courts-circuits, dus aux coups de foudre, aux arbres mal élagués, grues et engins de grande hauteur travaillant au voisinage, vent, pollution... Une bonne conception de la ligne peut les minimiser, mais pas les éliminer. Sur le réseau de transport d'EDF, nous observons en moyenne 7 défauts par an et par 100 km. Ensuite, une ligne qui chauffe s'allonge, et son point bas, en milieu de portée, s'abaisse. Elle devient dangereuse pour les tiers. Les conséquences peuvent alors se chiffrer, non plus en millions de francs, mais en nombre de vies humaines. Et c'est pourquoi les systèmes de protection comportent des dispositifs de secours qui, en cas de mauvais fonctionnement des équipements devant intervenir pour un défaut donné, assurent la mise hors tension de l'ouvrage défectueux, quelles qu'en soient les conséquences pour l'alimentation électrique de la région. Un fonctionnement défectueux d'une protection peut donc avoir pour conséquence la coupure d'un ou plusieurs clients, voire même d'une ville entière, prioritaires compris. Or, lorsqu'un client industriel de 10 MW est coupé pendant 6 minutes, par exemple, cela ne correspond pas seulement à 1 MWh d'énergie non vendue pendant cette coupure, mais aussi à l'énergie non vendue pendant les quelques heures que le client mettra à repartir. Mais cela correspond surtout à un client mécontent, qui aura perdu plusieurs heures de sa production, et qui aura peut-être subi des détériorations de matériel. S'il s'agit d'une ville entière, EDF devra rendre des comptes, en tant que service public, aux autorités locales, voire même nationales. Enfin, les protections contre les situations anormales de réseau jouent un rôle primordial dans la prévention des effondrements de réseau, et c'est sur elles, autant que sur les régulations de groupes de production et les téléréglages de ces groupes, qu'a porté tout l'effort des responsables de la conduite des réseaux lorsque la leçon a été tirée de la panne du 19 Décembre 1978. Ces différentes considérations montrent que l'activité "protections et automatismes" du réseau de transport est, à EDF comme dans toute société de distribution d'électricité, une activité stratégique, qui conditionne la légitimité de cette société vis-à-vis de la communauté, nation, région, ville, qu'elle dessert. (allocution que j'ai prononcée le 30 Octobre 1993, à l'intention de MM Ghislain Weisrock et Marcel Bénard, qui avaient alors la responsabilité du Contrôle Electrique pour la région Est de la France. J'avais alors tenter, vainement, de leur en faire comprendre l'utilité) Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 4/ 320 Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 5/ 320 TABLE DES MATIERES VOLUME 1 Avertissement page 1 Avant propos 3 Table des matières 5 Bibliographie 13 Adresses 17 Index 19 PREMIERE PARTIE: GENERALITES 21 1 - Réseaux de transport d'énergie 23 2 - Généralité sur les protections et automates 29 3 - Equipements de mesure, comptage, et surveillance 30 DEUXIEME PARTIE: REDUCTEURS DE MESURE 31 1 - Réducteur de courant 33 2 - Réducteur de tension bobiné 47 3 - Réducteur de tension capacitif 49 4 - Problèmes de sécurité liés aux réducteurs de mesure 51 5 - Mise en service 53 6 - Réducteurs optiques 55 Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 6/ 320 TROISIEME PARTIE: PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS 57 1 - Protection contre les courts-circuits des réseaux en antenne 59 1 - 1 - Notion de sélectivité 59 1 - 2 - Protection à maximum d'intensité 62 1 - 3 - Protection Buchholz 63 1 - 4 - Protection masse - cuve 64 1 - 5 - Protection d'antenne passive 65 1 - 6 - Protection masse - câble 67 1 - 7 - Protection des batteries de condensateur 68 1 - 8 - Protection contre les surtensions et la ferrorésonance 70 1 - 9 - Protection à dépassement de flux 73 1 - 10 Fonctionnement de l'ensemble 74 2 - Protection contre les courts-circuits des réseaux bouclés 77 2 - 1 - Protection de distance 77 211 - Principe 77 2111 - Cas du défaut triphasé 77 21111 - Détermination de la direction 77 21112 - Comparaison de réactance 78 21113 - Comparaison de résistance 79 21114 - Discrimination entre défaut et pompage 84 21115 - Récapitulation 85 21116 - Mise en route par maximum de courant contrôlé par la tension 86 2112 - Cas du défaut déséquilibré 87 212 - Protections électromécaniques 92 2121 - Mise en route 92 2122 - Sélection de phase 93 2123 - Mesure de distance 94 2124 - Relais directionnel 96 2125 - Relais antipompage 96 2126 - Circuit mémoire - enclenchement sur défaut 97 2127 - Compensation de l'induction mutuelle homopolaire 97 2128 - Relais Mho 98 2129 - Avantages et inconvénients des relais électromécaniques 99 213 - Protections de distance statiques 100 2131 - Comparateur de phase, fonctionnement monophasé 100 2132 - Comparateur de phase, fonctionnement triphasé 106 2133 - Caractéristique mho, fonctionnement monophasé 110 2134 - Caractéristique mho, fonctionnement triphasé 112 2135 - Avantages et inconvénients des protections électroniques 113 214 - Protections de distance numériques 114 215 - Téléprotections 116 2151 - Principe des différents schémas 116 21511 - Interdéclenchement simple 116 21512 - Interdéclenchement contrôlé par la mise en route 116 21513 - Déclenchement conditionnel avec dépassement 117 Protection et surveillance des réseaux de transport d'énergie électrique - Volume 1 7/ uploads/Ingenierie_Lourd/ all-reseaux-electrique.pdf