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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Désignation normalisée des fonctions de protection7. Protections des moteurs synchrones et des moteurs de petite puissance
7.1 Moteurs synchrones
Les protections des moteurs synchrones sont, en grande partie, similaires à celles des alternateurs industriels. Les principes en sont détaillés dans l’article [D 4 820].
Certaines conditions d’utilisation peuvent justifier des relais de protection spécifiques contre les défauts d’origine interne ou externe.
HAUT DE PAGE7.1.1 Défauts du stator et du rotor
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Pour le stator
Les solutions retenues pour les alternateurs et les moteurs asynchrones sont aussi applicables aux moteurs synchrones. Le choix entre les différentes solutions dépend de la taille et de la constitution de la machine, ainsi que de son importance dans le processus. Des indications sont données dans l’article précité.
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Pour la partie rotorique
La protection contre les défauts entre l’enroulement et la masse répond aux mêmes principes que pour les alternateurs. Le choix de son installation dépend de critères économiques, notamment dans le cas d’excitation à diodes tournantes.
7.1.2 Défauts du système d’excitation
Une surcharge d’excitation peut se produire dans les systèmes équipés d’un dispositif de surexcitation, en cas de blocage accidentel de celui-ci. Ce défaut est détecté par un relais à maximum de courant d’excitation, temporisé d’une durée supérieure à celle de la surexcitation normale (typiquement quelques secondes).
La protection contre les pertes d’excitation, par exemple en cas de rupture de continuité de l’enroulement inducteur ou de la source de courant d’excitation,...
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Protections des moteurs synchrones et des moteurs de petite 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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