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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- Version archivée 1 de sept. 1996 par Bernard GUIGUES
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Protections des moteurs synchrones et des moteurs de petite puissance6. Protections des moteurs asynchrones de grande puissance
6.1 Rappels sur les principes d’alimentation électrique des moteurs
6.1.1 Principe d’alimentation à partir de tableaux de distribution
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Qu’ils soient mis en œuvre dans une unité de production d’électricité ou dans une industrie, les moteurs sont généralement alimentés par des tableaux de distribution électrique. Les moteurs les plus puissants, typiquement ceux dont la puissance assignée est de quelques centaines de kW ou plus, sont alimentés par des tableaux dont la tension assignée appartient en général au domaine HTA (Haute Tension A), de 3 kV à 10 kV, voire exceptionnellement au-delà. Un exemple typique est le niveau de tension 6,6 kV.
Les moteurs de plus petite puissance assignée (typiquement de l’ordre de 1 kW à 100 ou 200 kW) sont alimentés par des tableaux dont la tension assignée appartient au domaine BT (Basse Tension). Un exemple typique est ici le niveau de tension 400 V. Les tableaux électriques correspondants sont eux-mêmes alimentés en cascade à partir des tableaux HTA, par l’intermédiaire de transformateurs abaisseurs de tension.
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Les tableaux sont organisés en parties élémentaires communément appelées « cellules » à travers lesquelles l’énergie électrique est distribuée à des auxiliaires individuels ou à des groupes d’auxiliaires. Une cellule rassemble tous les éléments qui concourent à l’exécution d’une seule fonction (ici : alimenter un moteur), celle-ci pouvant englober plusieurs aspects, à savoir, dans le cas de moteurs : mise sous et hors tension du moteur, protection contre les surcharges et les courts-circuits, etc. On parle dans ce cas de « cellules départs » vers les récepteurs, par opposition à la (ou les) cellule(s) d’arrivée, par lesquelles le tableau est alimenté.
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Selon le cas, l’organe de coupure qui permet d’effectuer cette fonction est, soit un disjoncteur, soit une association « contacteur-fusibles ». Pour des puissances inférieures à 500 kW, on utilise généralement l’association d’un contacteur et de fusibles. Pour des puissances...
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Protections des moteurs asynchrones de grande puissance
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
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