Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite des relais et systèmes de protections électriques des alternateurs et des moteurs. Après un rappel sur la constitution de ces machines et leurs exigences de fonctionnement vis-à-vis des réseaux auxquels elles sont raccordées, il explique le principe et le mode d’action des protections contre les défauts envisageables, d’origines interne ou externe aux machines.
L’article décrit ensuite les technologies des relais et systèmes de protection, en donnant une large place aux systèmes de protection numériques qui correspondent à l’état de l’art actuel
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Christophe SCHROEDER : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure des Arts et Industries de Strasbourg Diplômé de l’École Supérieure d’Électricité - Expert « Architecture électrique » du Groupe EDF - Électricité De France – Division Production Nucléaire – Unité d’Ingénierie d’Exploitation
INTRODUCTION
Les machines électriques tournantes peuvent, comme tous les appareils industriels, être affectées de défauts de fonctionnement. Ces défauts les rendent en général inaptes à plus ou moins long terme, à assurer leur service, et perturbent le fonctionnement d’autres matériels. Les défauts, ainsi que les conditions anormales de fonctionnement, doivent donc être détectés le plus rapidement possible et provoquer la déconnexion électrique entre la machine et le réseau auquel elle est raccordée.
Le rôle des relais et systèmes électriques de protection des alternateurs et moteurs est de détecter, parmi les différents défauts possibles, ceux d’origine électrique, et d’élaborer les actions nécessaires de signalisation des défauts et d’ouverture du dispositif de coupure qui permet d’isoler la machine du réseau.
Dans ce qui suit, les défauts sont distingués d’après leur origine, soit interne à la machine concernée, soit externe. Les actions provoquées peuvent être de nature différente, visant soit à limiter les dégradations subies par la machine, soit à minimiser les conséquences des perturbations sur le fonctionnement de la machine et du réseau, soit les deux.
Après un rappel sur la constitution des machines, puis sur leurs exigences de fonctionnement vis-à-vis des réseaux auxquels elles sont raccordées, les défauts d’origine électrique sont décrits par type de machine, alternateurs ou moteurs à courant alternatif. Pour chaque défaut considéré, sont indiqués le principe et le mode d’action de la (ou des) protection(s) susceptible(s) d’être mise(s) en œuvre. Le cas des moteurs à courant continu n’est pas traité ici, car ce type de moteur est largement moins utilisé que le moteur à courant alternatif (synchrone ou asynchrone) et concerne des applications spécifiques.
L’article décrit ensuite les technologies des relais et systèmes de protection, en donnant une large place aux systèmes de protection numériques, qui correspondent à l’état de l’art actuel. Un tel système est non seulement capable de réaliser plusieurs fonctions de protection, mais offre également des possibilités étendues de communication avec un système de contrôle-commande externe, d’interface homme-machine, d’autosurveillance et de détection des pannes internes, de consignation d’informations et d’oscilloperturbographie. Outre les performances fonctionnelles (dont entre autres la réalisation des fonctions de protection attendues), les paramètres de conception des systèmes numériques sont les exigences de fiabilité et de disponibilité, la capacité d’évolution et les exigences de sécurité de fonctionnement.
Les conditions et modes d’installation des relais et systèmes de protection sont également décrits.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1996 par Bernard GUIGUES
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Glossaire11. Conclusion
Les systèmes de protection des alternateurs et des moteurs sont constitués d’un certain nombre de chaînes ayant une structure identique et dont chacune remplit une fonction de protection donnée.
La conception et le choix de tels systèmes répondent au besoin d’élimination rapide des défauts, dans le but de limiter les dégradations subies par ces machines, tout en perturbant le moins possible le fonctionnement des équipements qui leur sont raccordés.
C’est pourquoi, il est nécessaire de trouver un compromis entre l’exhaustivité des protections par rapport aux défauts envisageables, les exigences de continuité de service des machines, et les coûts, tant ceux des matériels de protection, que les coûts de réparation ou de remplacement en cas d’avarie, sans oublier les éventuels coûts induits sur des matériels connexes.
L’état de l’art actuel correspond à la technologie des systèmes de protection numériques qui, outre la réalisation de multiples fonctions de protection, offrent également des possibilités étendues de communication avec un système de contrôle-commande externe, d’interface homme-machine, d’auto-surveillance et de détection des pannes internes, de consignation d’informations et d’oscilloperturbographie.
Ces possibilités font de ce type de systèmes une composante essentielle de l’exploitation globale d’une unité de production d’électricité ou d’une installation industrielle. Les fournisseurs proposent régulièrement des optimisations de leurs systèmes, en termes d’architecture, d’interface avec l’utilisateur et d’extension des possibilités d’échange d’informations avec d’autres systèmes de contrôle et de commande appartenant à l’installation.
Outre ces optimisations intrinsèques des systèmes, les évolutions actuelles et futures concernent surtout la conception du plan de protection global d’une installation donnée, avec la valorisation des multiples possibilités offertes par les systèmes numériques. Celles-ci sont de nature à augmenter la maîtrise de l’installation en service, en permettant à l’opérateur de mettre en place plus facilement des actions préventives. Mais, dans le même temps, ceci oblige le concepteur d’un plan de protection à une réflexion approfondie sur le meilleur compromis entre l’exhaustivité des fonctions de protection, le risque de défiabilisation et de fonctionnement...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SYBILLE (G.), WILDI (T.) - Électrotechnique. - De Boeck (2008).
-
(2) - SCHROEDER (C.) - Électrotechnique des centrales électriques. - Collection EDF, TEC & DOC (2018). PDF disponible en ligne https://urlr.me/DERFPh
-
(3) - PRÉVÉ (C.) - Protection des réseaux électriques. - Hermes Science Publications (1998).
-
(4) - SMITH (A.) - Handbook of electrical installation practice. - Blackwell Science (2003). PDF disponible en ligne https://content.e-bookshelf.de/media/reading/L-597364-01f6ae84e5.pdf
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Machines électriques tournantes – Partie 1 : caractéristiques assignées et caractéristiques de fonctionnement. - IEC 60034-1 - 2022
-
Coordination de l’isolement – Partie 1 : définitions, principes et règles. - NF EN IEC 60071-1 - 2019
-
Relais de mesure et dispositifs de protection (plusieurs dates d’édition selon les parties). - IEC 60255 -
-
Analyse des modes de défaillance et de leurs effets (AMDE et AMDEC). - NF EN IEC 60812 - 2018
-
Compatibilité électromagnétique (CEM) – Techniques d’essais et de mesure (plusieurs dates d’édition selon les sous-parties). - NF EN IEC 61000-4 -
-
Mesure, commande et automation dans les processus industriels – Appréciation des propriétés d’un système en vue de son évaluation – Partie 5 : évaluation de la sûreté de fonctionnement d’un système. - IEC 61069-5 - 2016
-
...
ANNEXES
Règlement 2016/631 de la Commission Européenne du 14 avril 2016 établissant un code de réseau sur les exigences applicables au raccordement au réseau des installations de production d’électricité.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
On pourra se référer aux sites Internet des constructeurs et fabricants de systèmes de protection, par exemple :
ABB – GENERAL ELECTRIC – ICE Protection & Control – MICROENER – MITSUBISHI – SCHNEIDER ELECTRIC – SIEMENS – TOSHIBA
HAUT DE PAGE
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