Le Plan de Protection Coordonné
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7/26/2019 Le Plan de Protection Coordonn
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Michel Lambert 06/01/2007 1
RACCORDEMENT DUN RESEAU INDUSTRIEL SUR UN
RESEAU DE DISTRIBUTION PUBLIQUE HTA
Le plan de protection coordonn
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LE CONTEXTE...........................................................................................................3Architecture dun raccordement...................................................... ........................................................... .........4
Le plan de protection coordonn ...................................................... ........................................................... .........4
DEFINITION DUNE PROTECTION C13-100.............................................................5
La dtection des dfauts polyphass.....................................................................................................................5
La dfinition des transformateurs de courant.....................................................................................................5
La dtection des dfauts la terre........................................................................................................................6
La slectivit......................................................... ........................................................... .......................................7
DEFINITION DE LA PROTECTION DE DECOUPLAGE ...........................................7
La dtection des dfauts la terre........................................................................................................................7
La dtection des dfauts polyphass.....................................................................................................................8
La slectivit......................................................... ........................................................... .......................................8
La dtection de la marche en la marche en rseau spar .................................................... .............................9
DEFINITION DE LA PROTECTION DU DEPART AUTO-PRODUCTEUR ........ 11
Le contexte des rseaux Franais ..................................................... ........................................................... .......11
La dtection des dfauts polyphass...................................................................................................................11
La dfinition des TC ...................................................... ........................................................... ...........................12
La dtection des dfauts la terre......................................................................................................................12
La slectivit......................................................... ........................................................... .....................................12
Document de synthse du stage raccordement dun rseau industriel
Ralis par Michel LAMBERT
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Le contexteAvec louverture des marchs de la distribution de lnergie lectrique, la qualit du produit lectricit
et des services associs, est devenue llment essentiel de la concurrence. Les gestionnaires des
rseaux publics doivent sadapter aux exigences de leurs clients et des autorits concdantes. Pour
cela, ils doivent exploiter en cohrence les rseaux dont ils ont la charge en tenant particulirement
compte des exigences de qualit et de scurit.
La qualit du produit lectricit fait lobjet dengagements contractuels. Elle rpond troiscritres :
la puret de londe,
les valeurs de la tension et de la frquence,
la scurit de lalimentation et la continuit de la fourniture.
Les aspects rglementaires traitent gnralement de la scurit des biens et des personnes:
les rgimes de neutre,
les valeurs de tension de pas, de contact et de toucher,la manire dexploiter les rseaux en dfaut.
Le raccordement dun rseau industriel comportant des gnrateurs coupls au rseau peut provoquer
des contraintes dexploitation et modifier la performance du rseau du distributeur.
Lorsquil sagit de raccorder un rseau industriel, on doit examiner limpact de cette installation sur le
fonctionnement du systme lectrique du rseau public. On doit notamment tudier :
les perturbations du plan de protection,
la modification du profil de tension,
la modification du profil de la puissance de court-circuit,
lattnuation de la transmission tarifaire si le rseau est utilis pour cela.
Une convention dexploitation signe par les exploitants des diffrents rseaux doit fixer les
obligations de chacun pour lexploitation des parties communes.
Une convention de raccordement doit quant elle, dfinir linterface au point de raccordement
(protections, rglages, automatismes, etc.).
Ce document a pour objet de prsenter les dispositions gnrales applicables au plan de protection
des rseaux Franais de distribution publics HTA lorsquil sagit de raccorder sur celui-ci un rseau
industriel comportant des gnrateurs. Il ne remplace pas les documents de rfrences (normes et
guides techniques). Ces derniers sont tudis dune manire plus prcise dans le stage raccordement
dun rseau industriel .
Documents de rfrence: Le Guide Technique de la Distribution B61-41 dit par EDF-GDF SERVICES traite des
protections des installations de production raccordes un rseau de distribution. Nous
reprenons dans ce chapitre quelques gnralits dveloppes dans ce document.
La norme C13-100 dfinit les conditions de mise en uvre de la protection gnrale dunrseau industriel.
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Architecture dun raccordement
Principes gnraux
Afin de prserver la scurit des
personnes et lintgrit des matriels
lectriques, tout dfaut intervenant sur unlment du rseau HTA ou raccord celui-
ci doit tre dtect rapidement et limin par
le plan de protection coordonn.
Pour rpondre aux obligations
contractuelles de la continuit de la
fourniture dnergie lectrique, le processus
dlimination du dfaut doit respecter les
principes de slectivit.
Les usagers des rseaux publics HTA
doivent bnficier tout moment desservices associs la fourniture de lnergie.
Le plan de protection coordonn
Constitution
Il met en oeuvre trois dispositifs :
Les protections du rseau de distribution publique HTA quipent gnralement les postes sources.
La protection gnrale du rseau industriel raccord au rseau de distribution publique,conformment la rglementation est dfinie par la norme C13-100. Elle assure la slectivit du
plan de protection coordonn en cas de dfaut disolement sur le rseau priv.
Dans le cas ou linstallation comporte une source autonome, la section 435 de la norme C13-100impose quil soit prvu :
- soit une architecture, telle que la source autonome ne puisse en aucun cas fonctionner enparallle avec le rseau dalimentation,
- soit une protection de dcouplage, dtermine en accord avec le Distributeur, ayant pour butdinterrompre le fonctionnement en parallle lors dun dfaut sur le rseau dalimentation.
Les protections des groupes nappartiennent pas au plan de protection coordonn. Elles protgent lesquipements des consquences dune avarie interne ou dun dfaut sur le rseau du distributeur. Elles
doivent cependant tre slectives avec le plan de protection coordonn.
Mise en oeuvre
Lorsquil sagit de raccorder un rseau industriel au rseau de distribution publique, il convient den
vrifier limpact sur le fonctionnement du plan de protection du rseau HTA.
Cela consiste dfinir en cohrence:
Les protections gnrales contre les courts-circuits sur les quipements du rseau industriel.
Les protections de dcouplage suivant les recommandation du GTD B61-41.
Au poste source, le rglage de la protection du dpart Auto-producteur .
Groupes
Rseau industriel
Rseau de distribution publique HTA
Marche anormale
INTERFACE
Charges
Courts-circuits
Rseau RTE
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Dfinition dune protection C13-100Elle a pour rle de dtecter les courts-circuits apparaissant sur le rseau industriel et dont les effets
pourraient tre prjudiciables au bon fonctionnement du rseau du distributeur.
La protection C13-100 doit tre suffisamment sensible pour dtecter la grande majorit des dfauts
mais tre galement slective de manire ne pas perturber le rseau public.La dtection des courts-circuits est essentiellement ampremtrique. Dans quelques cas cependant,
cette dtection peut tre complte ou remplace, en accord avec le distributeur, par des relais de
puissance ou de courant directionnels.
La dtection des dfauts polyphass
La dtection tant essentiellement ampremtrique. Le rglage Ir de la protection doit respecter
quatre conditions:Iccbiminireprsente le courant de
court-circuit polyphas minimal.
Ib est la somme des courants
nominaux des transformateurs en
interface avec le rseau dudistributeur.
Icharge est le courant maximal de
charge du rseau industriel
IccTriGest le courant de court-circuit
maximal fourni par les gnrateurs
dans la priode transitoire (Xd)
La dfinition des transformateurs de courant
On choisit des TC de classe protection 5P** et de calibre dfini en cohrence avec la valeur des
charges.
On dfinit la tension limite de fonctionnement des TC
Cest la F.E.M maximale fournie par le TC pour un fonctionnant spcifi. Elle est donne par la
relation
Ual(V)=
RKtdInpTC
InsTCmaxIcc
La valeur de Rct, rsistance interne du TC, est
dtermine par le constructeur partir des
caractristiques souhaites.
Rf est la rsistance de la filerie.
Re est la rsistance du relais.
Les rgimes transitoires et la composante apriodique pourront tre ngligs1, nous fixerons Ktd = 1,2.
Lintensit nominale du secondaire peut tre fixe 1 A ou 5 A. On privilgiera InsTC = 1 A qui,
performances gales, facilite le choix des TC.
1 On peut admettre cette approximation par le fait que les TC alimentent des protections Max de I.
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Dtermination de la puissance et du facteur limite de prcision
Ces deux caractristiques sont lies par la relation
S(VA)= InsTCRctInsTC
Flp
Ual
S et Flp seront choisis de prfrence parmi les
valeurs suivantes: 5 ; 10 ;15 ; 20 ; 25 ; 30.
La connaissance de la valeur de Rct est fondamentale pour la dfinition des TC. Ltude doit tre
conduite en concertation avec le constructeur
La dtection des dfauts la terre
Le neutre du rseau tant reli la terre, la protection homopolaire est constitue dun relais de
courant rsiduel2. Ce relais, appartenant la protection C13-100, peut tre aliment de deux manires:
Dans le premier cas. Il existe des risques de fonctionnement anormaux du fait de la dispersion des
caractristiques des trois TC sur les forts courants de court-circuit.
Ce risque tait rel lpoque o la consommation des relais tait importante. Les prescripteurs
recommandaient alors de dsensibiliser les protections rsiduelles telle que Iro 6% In TC, la norme
C13-100 voquant, quant elle, la rgle Iro 12 % In TC. Aujourdhui, on peut considrer cette
recommandation comme dsute du fait de la faible consommation des relais modernes. En outre une
telle pratique a pour inconvnient de rduire fortement la sensibilit de la protection et de dgrader la
slectivit.Pour cette raison, on pourra rgler la protection la plus grande des deux valeurs
Iro 6% Inp TC.
Iro 1,2 le capacitif rsiduel du rseau industriel.Cest la solution retenue par EDF pour les rglages protections des dparts au poste source
On privilgiera la solution du tore homopolaire. Dans ce cas, on rglera la protection de manire
obtenir une grande sensibilit en veillant au respect de la deuxime condition.
2 Il faut noter que dans le cas dun neutre compens, ce relais doit tre remplac par un relais de puissance rsiduel (PWH) spcifi pour cergime de neutre.
Solution prfrableSolution viter
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La slectivit
Elle est obtenue par le rglage de la temporisation qui, dans le cas dun raccordement au rseau de
public, ne doit pas excder 0,2s.
Dfinition de la protection de dcouplageElle est compose dune protection dexploitation et dune protection contre les courts-circuits. Sa
prsence est obligatoire si le rseau industriel comporte des gnrateurs susceptibles dtre coupl au
rseau de distribution publique.
La dtection des dfauts la terre
Le rseau industriel ne participant pas la mise la terre du neutre du rseau public, lacentrale ne peut donc pas dvelopper de courant rsiduel travers linterface. La dtection des
dfauts la terre doit alors tre assure par un relais maximum de tension rsiduelle. La zone
surveille est limite par les transformateurs encadrant le rseau de distribution. La sensibilit
de la protection homopolaire est maximale lorsque la ligne alimentant le rseau industriel est
spare du rseau du distributeur et maintenu sous tension par la centrale. Le rgime du neutre
tant alors isol, le Distributeur ne peut plus respecter ses engagements pour la scurit des
usagers de cette ligne.
La valeur de la tension rsiduelle tant sensiblement la mme quelque soit lemplacement dudfaut et du point de mesure, lutilisation du critre voltmtrique ne permet pas dobtenir une
slectivit naturelle.
Sensibilit de la protection maximum de tension homopolaireLa valeur de la tension homopolaire au point de raccordement du rseau industriel dpend :
de la puissance de court-circuit au point de dfaut,
de la rsistance du dfaut,
de limpdance de mise la terre du neutre,
du capacitif homopolaire des tronons de rseau relis la centrale.
Dans le cas particulier dunetude, un dfaut de rsistance
2000 gnre une tensionhomopolaire de 29 % en lot.
Dans lautre situation, la tension
homopolaire est infrieure 4 %.
Dans ces conditions, un relais
maximum de tension homopolaire
rgl 4% offrira une sensibilit
suprieure 10 k en rgime
lot. Dans les mmes conditions,
cette sensibilit ne sera que de
3000 pour un rglage 20%.
Zn= 40+40j 3 Icorseau = 200 A 3Icodpart = 18 A
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Rsistance du dfaut
(Vo/Vn)%
Le dpart Hpital est ilt
Le dpart Hpital est coupl
%
Rglage de la protection maximum de tension rsiduelle.
Rappelons que ces rglages sont soumis lapprciation du distributeur. Une sensibilit trop
importante risque de provoquer des dcouplages indsirables durant certaines manuvres. On
retiendra les valeurs suivantes :
t 0,2s
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Rseaux ariens ou mixtes Rseaux o les dfauts rsistants
sont peu probables
La dtection des dfauts polyphass
A proximit dune centrale, lutilisation du
critre ampremtrique pour la dtection
des dfauts polyphass nest pas
recommande. En effet, durant le dfaut, la
caractristique du courant inject sur le
rseau par les gnrateurs, dcrotfortement pour atteindre des valeurs
souvent infrieures au courant nominal des
machines.
UX''d
UX'd
UXd
In
60 ms t
Icc
Subtransitoire Transitoire
Les exploitants prfrent donc mettre en uvre un plan de protection utilisant le critre tension ou le
critre impdance. Pour quiper les protections de dcouplage, EDF GDF SERVICES a retenu le
dispositif triphas comportant trois relais minimum de tension compose.
Dtection voltmtrique des dfauts
On dtecte les courts-circuits par la
mesure du module des trois tensionscomposes. Il est alors ncessaire de
prvoir trois dispositifs de mesure.
On pourrait ventuellement mesurer
la composante directe de tension.Le graphique ci-joint reprsente un court-
circuit entre les phases 1 et 2 sur le
rseau public. Il montre labsence de
slectivit de la protection dans
lenvironnement des barres au poste
source (en E). On remarque galement
quun dfaut affectant le dpart Auto-
producteur (1) provoque un creux de
tension Important.
Variation des tensions en fonction de la position du dfaut
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0 5 6 16 26 36 46
Distance du dfaut l'interface
Valeursdestensionl'interfacederaccordement
U31U23
U12
d
E
Dpart adjacent
dpart Hpital
1
2
%
km
Rglage des relais minimum de tension.
Lexprience montre que les chutes de tension provoques par les conditions extrmes dexploitation
excdent rarement 10%. Aussi, EDF GDF SERVICES prconise un rglage 85 % de la tension de
service au point de raccordement du rseau industriel.
La slectivit
A elle seule, la dtection voltmtrique des courts-circuits ne permet pas dassurer la slectivit du plan
de protection coordonn. Aussi, sil le souhaite, lexploitant peu prvoir dassocier aux relais
dtecteurs, une temporisation rgle :
10% Vn
Vo
30%
Ur = 85% Us
3% Vn
Vo
5%
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O to est la temporisation maximale retenue pour les protections de dparts HTA au poste source.
La dtection de la marche en rseau spar
Tout systme lectrique doit tre rgl et exploit en cohrence. Lquilibre entre et les moyens et les
besoins garantit le maintien de la tension et de la frquence dans les limites fixes par les obligations
contractuelles ou rglementaire. Lexploitant doit galement assurer la qualit de service fix par le
cahier des charges.
Il arrive cependant que les alas dexploitation modifient fortement les caractristiques lectriques de
tout ou partie de rseau:
Fonctionnement en rgime lot dune partie du rseau.
Perte de stabilit gnrale du rseau.
Modification du rgime de neutre.Les consquences peuvent alors tre dsastreuses :
Plan de tension dfaillant.
Variation de la frquence.
Perturbation de londe.
Mise en danger des biens et des personnes.La protection de dcouplage doit tre mesure de dtecter ces anomalies en utilisant les variations de la
tension et de la frquence comme critres danomalie. Les conditions dans lesquelles va seffectuer la
dtection de la marche en rseau spar dpendent localement:
Des probabilits dquilibre entre production et consommation.
De lexistence de renclencheurs rapides sur le rseau HTA ou sur le rseau HTB.
De limportance de la centrale pour le systme lectrique.
Du caractre prioritaire du dpart HTA.
Le choix de la protection de dcouplage est le rsultat dun compromis entre les exigences des
exploitants des rseaux concerns. Dans tous les cas, la scurit des biens et des personnes doit
cependant tre garantie.
La dtection de la marche en rseau spar repose sur les critres de variation de tension et de
frquence.
La dtection de la marche en rseau spar par la mesure de la frquence
Principe gnralUn cart entre la puissance mcanique produite par les groupes et la puissance consomme par les
rseaux se traduit par une variation de vitesse et par consquent de frquence.
La protection de dcouplage comporte des fonctions (F81) mini/maxi de frquence et action
instantane. Les seuils de fonctionnement sont tablis en fonction des risques dlotage et du caractre
prioritaire du dpart dans le plan de dfense du rseau du distributeur. La rapidit avec laquelle la
protection dtectera la marche en rseau spare dpendra de la variation de la frquence et de la
performance de la rgulation primaire de la machine.
Rglages de la protection.
On retiendra les seuils suivants:
Dtection rapide
t = to + 0,5s
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On retient cette solution lorsque les dparts HTA ou HTB alimentant
le rseau industriel est quip de renclencheurs rapides 0,3 s.
Ce rglage est exclu si les groupes participent aux services du systme
lectriques du rseau ou si le dpart est class prioritaire dans le plan
de dfense du rseau.
Dtection lente
Cette disposition est rserve aux installations participant aux services
du systme lectrique ou lorsque le dpart Auto-producteur est
class prioritaire dans le plan de dfense.
La dtection de la marche en rseau spar par la mesure de la tensionLe passage en rseau spar de toute ou partie du rseau provoque instantanment des modifications
importantes dans le bilan des puissances active et ractive ce qui entrane une variation de tension
dtectable par des relais sensibles ce paramtre.
Alimentation et rglages de la protection.
Dispositions complmentaires
Afin dviter un faux couplage provoqu par un-coup important de tension, lexploitant de la
centrale peut complter le dispositif par des relais
minimum de tension instantans rgls 25%.Le graphique de la page 7 montre quun court-circuit
proche de la centrale provoque un creux de tension de
lordre de 80%.
Lorsque le dpart auto-producteur au poste
source est quip dun renclencheur rapide 0,3s,
le renclenchement automatique est conditionn
labsence de tension ligne. La cellule doit alors
tre quipe dun dispositif de prsence tensiongnralement rgl 20 %3.
Sur les dparts Auto-producteurs prvus pour faire lobjet de travaux sous tension, la protection de
dcouplage doit tre quip dun dispositif de mise en rgime spcial dexploitation constitue dune
cl et ventuellement dun relayage pour une mise en RSE par tlcommande.
Dtection de la marche en rseau spar par tlaction
Lorsque la centrale et les processus industriels ncessitent un niveau lev de fiabilit et de rapidit
dxcution, la protection de dcouplage peut tre constitue dune tlaction assurant le dcouplage
rapide des groupes en cas douverture du dpart Auto-producteur au poste source. Cette fonction
3 Il existe des cas ou le relais doit tre rgl 60% de Us. On se rfrera au GTDE B61-41.
Fmini= 49,5 HzFmaxi= 50,5 Hz
action instantane
Fmini= 47,5 HzFmaxi= 51 Hz
action instantane
Umini = 85% UsTriphas
Mme temporisation que celle choisiepour la dtection des dfauts
polyphass
Umini = 25% UsTriphas
Action instantane
Umax = 115% Us
Une tension composeAction instantane
Umax = 20 % UsTriphas
Action instantane
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est associe des dtections voltmtrique et frquencemtrique qui, en cas de panne de la liaison de
tlcommunication, assurent instantanment le dcouplage par dpassement de seuil.
Ce dispositif permet de fiabiliser le processus de dcouplage durant un cycle de renclenchement
rapide du dpart Auto-producteur .
Dans un premier temps, la tlaction assure le dcouplage de la centrale. Dans un deuxime temps, les dtections frquencemtrique et voltmtrique prennent le relais.
Suivant les versions, les relais frquencemtrique peuvent tre rgls pour une dtection rapide ou
lente.
Dfinition de la protection du dpart Auto-producteur
Le contexte des rseaux Franais
Les rseaux HTA Franais ont leur neutre gnralement4 reli la terre au poste source par une
impdance caractre rsistive qui limite le courant dans le neutre une valeur comprise entre 150 et
300 A. La protection des dparts est constitue alors de relais maximum dintensit.
Ces quipements sont souvent complts par des relais de puissance active homopolaire ou dune
dtection des dfauts rsistants.
La dtection des dfauts polyphass
Elle est ralise par des relais dont le rglage doit respecter les conditions suivantes :
EDF remplace les conditionsetpar la condition Ir> 1,3 InpTC o InpTC est le courantnominal primaire des TC.
IMAP est lintensit maximale admissible en permanence qui peut transiter sur la ligne.
IccTriG est le courant de court-circuit maximal gnr par les groupes pour un dfaut affectant le jeu
de barre HTA du poste source ou un dpart adjacent au dpart Auto-producteur.
Si les conditions etsont faciles dterminer, la condition est plus dlicate calculer lorsque
des groupes de production sont raccords sur le dpart. Il faut en effet tudier limpact de ceux-ci sur
la valeur du courant de court-circuit mesure par la protection du poste source5.
4 EDF GDF SERVICES a entrepris depuis 1990 une mutation du rgime de neutre de ses rseaux HTA vers un neutre compens. Lesdispositions dcrites dans le prsent document ne sont pas applicables au rgime de neutre compens.5 On constate que le courant le court-circuit mesur par la protection du rseau public est sensiblement attnu, dans certainesconfigurations, par la prsence des groupes de production.
Ir< 0,8 Iccbimini
Ir> 1,5 Ichargemax
Ir> 1,2 IMAP
Rglage Ir
Ir> 1,2 IccTriG
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Une condition incompatible avec les trois autres conditions ncessite linstallation dun relais
directionnel en association avec la protection maximum dintensit.
La dfinition des TC
En standard, les cellules Dpart sont livres avec des TC 200-400/5A; 30 VA classe1.
Le choix du calibre est dtermin par la charge maximale du dpart telle que InTC > 1,2 Ichargemax.
La dtection des dfauts la terre
La protection principale est
alimente par la somme des
courants secondaires des TC.
Le rglage doit respecter les
conditions ci-contre.
Lapplication de ces rgles
est susceptible de dgrader la
sensibilit de la protection.
lexploitant du rseau publicpeut alors installer une
protection complmentaire 6
plus sensible, alimente par
un tore homopolaire et
rgle sa valeur minimale.
La slectivit
La slectivit de la protection
maximum dintensit est assure
par une temporisation fixe rglegnralement 0,5 s.
Lorsque le renclencheur rapide est
activ, la temporisation est de 0,1 s
environ.
La figure ci-contre reprsente les
chronogrammes des dfauts pour,
dune part, un court-circuit
affectant le rseau industriel et
dautre part, un court-circuit sur la
ligne.La protection de dcouplage, si elle
existe, doit provoquer llotage de
la centrale avec un dlai infrieur
0,4 s.
6 PWH ou EPATR
Iro 6% Inp TC Iro 1,2x3Icod art
Rglage Iro
3Ico est le capacif
rsiduel du dpart
Inp TC est lintensit
nominale primaire du TC