Michel LAMBERT mlb76@orange.fr le19/10/2008

1.1 La protection gnrale haute tension

2.1.1 Proprits gnrales Elle assure la dtection et llimination des courts-circuits monophass et polyphass affectant

les parties des rseaux HTA et BT en aval du point de mesure, transformateur HTA/BT compris. La zone de surveillance dpend dune part de la sensibilit de la protection, donc de son rglage et dautre part des caractristiques du rseau priv telles que:

La puissance de court-circuit au point de livraison,

La puissance du transformateur HTA/BT,

Le schma de liaison la terre du rseau BT.

Elle doit dtecter les courts-circuits sur la liaison BT entre le transformateur et le T.G.B.T et assurer le secours de la protection gnral basse tension (D.G.P.T) en cas de court-circuit sur le tableau basse tension (T.G.B.T).

Elle est slective avec les protections du rseau public et la protection gnrale du T.G.B.T.

Le courant de court-circuit inject par la centrale, lors dun dfaut affectant le rseau public HTA, ne doit pas solliciter la protection.

Elle ne doit pas tre sollicite par les courants transitoires denclenchement du transformateur.

Les seuils de dtection contre les dfauts polyphass sont calculs en fonction de lintensit de base dfinie partir de la puissance Sn du transformateur lorsquil est unique ou de la

somme Sn des puissances des transformateurs.

3UnSnIB

= .

Les courts-circuits la terre sont ventuellement dtects par des relais de courant ou de puissance homopolaire rgls en cohrence avec le plan de protection du rseau public HTA.

Lorsque lintensit de base IB est infrieure 45 A, la protection est assure de prfrence par un jeu de fusibles conformes la norme NF C 64-210 associ un interrupteur tripolaire. De ce fait, la coupure est toujours triphase.

1.1.1 La protection par fusibles Lorsque le poste de livraison comporte un seul transformateur, lintensit assigne In des fusibles dpend de la puissance installe. Le choix des fusibles est dfini par la norme NF C 13-100. Cette protection, des plus rustiques, est simple et peu couteuse. Elle prsente cependant linconvnient dtre peu fiable pour les faibles surintensits. Un fusible est caractris par un intervalle de non coupure compris entre lintensit du courant assigne (In) et une intensit minimale de coupure (I3). Les fusibles couramment utiliss prsentent un courant minimal de coupure compris entre 2 et 5 fois lintensit assigne. Lorsque le courant couper est lintrieure de cette zone, il existe un risque dvolution vers un incident majeur.

Photo ABB

Lintensit minimale de coupure est souvent suffisamment faible pour tre dpasse dans la plupart des cas notamment lorsque cest le rseau public, avec sa puissance de court-circuit qui alimente le dfaut. Le risque existe cependant lorsquun court-circuit polyphas affecte le rseau public. Aprs ouverture du disjoncteur au poste source, la centrale peut se retrouver alimenter seul le dfaut durant quelques instants. La puissance de court-circuit apporte par la centrale peut tre alors nettement infrieure la valeur correspondant lintensit minimale de coupure.

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La puissance de court-circuit minimale capable de provoquer la fusion du fusible dans de bonnes conditions doit tre suprieure aux valeurs du tableau. Sn transfo 250 kVA 400kVA 630kVA 1250kVA In (en 20 kV) 16 A 43 A 43 A 63 A I3 (en 20 kV) 80 A 215 A 215 A 315 A

Scc mini (en 20 kV) 2,8 MVA 7,5 MVA 7,5 MVA 11 MVA I3 est lintensit minimale de coupure du fusible (fixe par dfaut dans notre exemple 5 In) In est fixe par la norme NF C13-100 en fonction de Sn transfo. Scc mini est la puissance de court-circuit correspondant la valeur de I3. Les valeurs de Sccmini ne pouvant tre obtenues avec des machines dont la puissance est infrieure 1250kVA, il est ncessaire de dcoupler immdiatement lalternateur lapparition du court-circuit afin dviter la destruction des fusibles et ventuellement de la cellule dpart transformateur . Cette fonction est assure normalement par la protection de dcouplage instantane pour les courts-circuits polyphass. Dans le cas o la protection de dcouplage contre les dfauts polyphass est temporise (protection type H3), les fusibles seront remplacs par un disjoncteur et une protection associe1. Ce problme nexiste pas lorsque le rseau public HTA est le sige dun dfaut monophas. En effet le schma de liaison la terre du transformateur HTA/BT tant du type IT, il nest pas gnrateur de courant homopolaire.

1.1.2 Fonctionnement pour un court-circuit sur la basse tension a) Cas dun dfaut polyphas On cre un court-circuit entre les phases 1 et 2 sur les bornes secondaires dun transformateur sans charge.

DGCP20kVIn

Sn/Ucc

410 V

Phase1

Scc=40 MVA Dyn11

Ip1Ip2Ip3

Phase2

La puissance de court-circuit au point de livraison est fixe 40 MVA. La valeur de I3 est fixe 5 In. On mesure les surintensits au primaire du transformateur

Sn Ucc Intensits primaire Ip/I3 Ip1 Ip2 Ip3 Ip1/I3 Ip2/I3 Ip3/I3

250 kVA 4% 78 156 78 0,97 1,95 0,97 400 kVA 4% 116 232 116 0,54 1,08 0,54 630 kVA 4% 163 326 163 0,76 1,52 0,76

1250 kVA 6% 198 396 198 0,63 1,26 0,63 Pour un rapport Ip1/I3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions nest pas garantie. Dans tous les cas, le fusible de la phase 2 liminera le dfaut au secondaire du transformateur dans de bonnes conditions. b) Cas dun dfaut monophas Le schma de liaison la terre tant de type TN ou TT, tout court-circuit monophas entraine une surintensit au primaire du transformateur qui doit normalement provoquer la fusion du fusible. Considrons un court-circuit entre la phase 1 et le neutre sur les bornes secondaires du transformateur. On mesure les surintensits au primaire du transformateur

1 Complte ventuellement dune protection wattmtrique homopolaire (PWH) spcifie pour le neutre

compense.

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DGCP20kVIn

Sn/Ucc

410 V

Phase1

NeutreScc=40 MVA Dyn11

Ip1Ip2Ip3

Sn Ucc Intensits primaire

Ip1/I3

250 kVA 4% Ip1=Ip2=94 A et Ip3=0

1,175

400 kVA 4% Ip1=Ip2=143 A et Ip3=0

0,665

630 kVA 4% Ip1=Ip2=208 A et Ip3=0

0,98

1250 kVA 6% Ip1=Ip2=258 A et Ip3=0

0,82

Pour un rapport Ip1/I3 < 1 la coupure dans de bonnes conditions nest pas garantie. On constate qu lexception du cas du transformateur de 250 kVA, les fusibles HTA risquent dtre mis en difficult pour un dfaut monophas au secondaire du transformateur. Dans le cas dun rseau insulaire o la puissance de court-circuit HTA est de 10 MVA, la protection par fusibles doit tre dconseille. Pour un transformateur de 400 kVA, Ip = 100 A et Ip/I3=0,46.

2.8. Rendement (voir abaque annexe 4)Les pertes dans l'appareil rsultent: des pertes vide P0 | 2 des pertes dues la charge = P nominale x ( ) = P

I2 nominalLe rendement en % est alors:

P + Pr%= 100- 100.-

u

Pu = Puissance utile en kW

Ex.: 250 kVA rendement 3/4 de charge cos \p = 0,8

P, = 250 x- xO,8= 150 kWu 4P0 = 0,65 kW

P =3,25x( - ) 2 = 1,83kW4

r = 100 - 100 ( '65 + 1 '83 ) - 98,35 %

2.7. Fonctionnement sur charge dsquilibre - impdance homopolaireLa reprsentation ci-dessus permet de calculer le fonctionnement d'untransformateur monophas ou triphas avec charge quilibre. Pourconnatre le comportement d'un transformateur lorsque sa charge estdsquilibre, il est pratique d'avoir recours aux composantessymtriques.Un transformateur triphas peut tre considr comme un gnrateurde puissance infinie, caractris par la tension vide (J2n entre neutreet phase et trois impdances, directe, inverse et homopolaire Zd, Zi etZh. Le transformateur est passif et les impdances directe et inversesont toujours gales Zd == Zi. Elles correspondent aux valeurs calculesau paragraphe 2.2.Par contre, l'impdance homopolaire dpend du couplage utilis:

Jk APRIMAIRESECONDAIRE

Zh 10 30 0,7O,9 0,1 0,2 0,7 0,9Zd

Fig. 7

On retrouve bien, dans le cas du couplage Yyn , la particularit djsignale; Zf, tant suprieur 10 Zd, If, provoque des chutes de tensionprohibitives.Lorsque le neutre n'est pas utilis ct secondaire, l'impdancehomopolaire est infinie.Ces valeurs permettent de calculer le comportement d'untransformateur dans toutes les conditions de charge.L'impdance homopolaire peut tre mesure en alimentant lesenroulements selon le schma ci-dessous:

tK = Rapport de transformation =

UmIhn

Fig. 8

2.8. Calcul des courants de court-circuit Ct secondaire court-circuit triphas

Fig. 9

court-circuit entre phases

o a

Fig. 10

'2n

K 2nK U9n2n

'2cc

2nucc (%)

'2ccV_3 ^2 M

1 y-\/-v v *"* 2 ri1 I il l V -!_ Y I \J\J A " ' A

2 U_(%)

12

court-circuit entre phase et neutre

Fig. 113 3 Z

Ucc(%)

Ct primaireSelon le couplage utilis, un court-circuit secondaire se rpercutediffremment au primaire:

court-circuit secondaire

triphas

entre phases

entre phase et neutre

couplage Dyn ou Yzn

2cc

2 l1cc

VT

==- sur les 2 autresV3

'icc

VJ

3. DISPOSITIONSCONSTRUCTIVES

3.1. Mode de remplissage Transformateurs respirantsDans ce cas, la surface du liquide dilectrique est en communicationdirecte avec l'air ambiant. Les variations de charges entranent desdiffrences de temprature de fonctionnement et donc des variations devolume du liquide dilectrique dues la dilatation. L'air circule alorslibrement entre l'intrieur et l'extrieur de la cuve.Cette respiration a des consquences fcheuses pour la conservation desqualits du dilectrique. Au contact de l'oxygne de l'air, l'huiles'oxyde en donnai il des composs solubles qui dtriorent les papiersisolants, abrgeant ainsi la dure de vie de l'appareil. D'autre pari,l'humidit de l'air contribue galement l'abaissement des propritsdilectriques de l'huile.Les askarels sont des liquides chimiquement plus stables et leuroxydation est presque inexistante. Ils sont par contre beaucoup plussensibles l'humidit, qui dtriore rapidement leurs qualitsdilectriques.

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