Réseaux d'énergie électrique

Exercice proposé S12-1 : Réseau protégé par relais de distance.

Description du réseau considéré

L'exercice porte sur la protection d'un réseau de lignes aériennes à 150 kV, d'une valeur nominale de 600 A. Sa structure est décrite à la figure 1. On notera que N1 et N2 forment un seul jeu de barre (avec possibilité de "tripping").

Les caractéristiques des lignes sont les suivantes :

Les longueurs des différentes lignes sont :

Les impédances de source des jeux de barres sont :

La base utilisée pour les valeurs en p.u. est 150 kV, 156 MVA.

Le réseau est protégé par des relais de distance statiques à trois gradins d'impédance mixte et à démarrage par minimum d'impédance (ou maximum de courant). Ces relais sont raccordés à travers des réducteurs classiques : des T.I. de rapport 600 A / 1 A

et des T.P. de rapport . Un disjoncteur D3 permet de séparer les jeux de barres N1 et N2. Il est muni d'un dispositif de prétripping qui peut agir dès les premiers instants du défaut.

Les délais de fonctionnement des différents relais en démarrage, premier gradin, deuxième gradin,... sont supposés fixés.

On demande de calculer tous les réglages du relais R1 installé en M pour protéger la ligne M N1.

Pour le choix des réglages du relais, il convient de respecter un certain nombre de recommandations faites par des organismes agréés (Laborelec par exemple).

Le démarrage est supposé pouvoir s'effectuer sous deux actions :

• par relais ampèremétrique, lorsque le courant dépasse la valeur de 200% (soit une surcharge admise de 100%) ou de 150% (surcharge de 50%) ;

• par relais d'impédance si celle-ci tombe en dessous de sa valeur en présence de la surcharge maximale admise. On admettra que dans cet état de surcharge, la tension à l'endroit de R1 descend à 85% de la valeur nominale. Le réglage de ce relais doit se faire à une impédance légèrement inférieure à la valeur de calcul pour tenir compte de l'hystérésis de fonctionnement. On utilisera la relation

  (S12-10) z_réglage = k . z_calculée

  avec k (coefficient de retombée) égal à 0.9 dans notre cas.

Pour le réglage du relais, on effectue un calcul simplifié en négligeant les injections venant des autres lignes. On calcule en considérant un court-circuit triphasé (le relais détecte le type de défaut et adapte les sensibilités en conséquence).

En ce qui concerne les impédances mixtes, le choix du rayon dépend de X_E essentiellement. Il ne dépend pas de R_E , mais seulement des variations de R_E que l'on veut admettre. Nous supposerons par la suite que l'on choisit un rayon égal à 1.05 X_E , de sorte que R_E peut varier d'une valeur DR_E = 0.64 X_E (cf. figure 2).

Le premier gradin sera supposé réglé de façon à protéger 90% de la longueur de la ligne M N.On dispose parfois d'un premier gradin allongé ( = 110% de la ligne, mais avec déclenchement seulement en cas d'autorisation du relais situé en bout de ligne.)

Le second gradin sera supposé réglé de façon à protéger 80% de la longueur de la plus courte (du point de vue électrique) des lignes suivantes.

Le troisième gradin sera réglé de manière à protéger toutes les lignes raccordées en N1-N2

(+ 11% de leur longueur par sécurité).

Le quatrième gradin abandonne la notion de distance. Le cinquième abandonne la notion de direction.

On prédéterminera le fonctionnement du Relais R1 en présence de défauts situés en divers endroits. On considérera à cet effet 7 emplacements de défaut biphasé, notés A, B, C, D, E, F, G. Deux cas seront envisagés, selon que l'on réalise ou non le prétripping.

Doit-on tenir compte de la résistance de l'arc ? de la résistance des lignes ?

Doit-on tenir compte des injections ?

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Dernière mise à jour le 17-12-2002