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 alternateurs hydrauliques et des compensateurs4. Protections des turbo-alternateurs
4.1 Défauts d’origine interne
4.1.1 Mise à la masse du stator
On considère, dans un premier temps, le cas d’un alternateur unique, débitant sur un réseau par l’intermédiaire d’un jeu de barres ou de gaines coaxiales et d’un transformateur élévateur. Le point neutre de l’alternateur est raccordé à la terre par une résistance. D’autres schémas de raccordement sont considérés en fin de paragraphe.
Le défaut à la masse, qu’il ait son origine sur un enroulement statorique ou sur le bobinage BT du transformateur principal (et le bobinage HT du transformateur de soutirage dans le cas d’un soutirage en sortie d’alternateur – cf. figure 1a) doit être éliminé très rapidement, les dommages pouvant devenir très graves s’ils atteignent le circuit magnétique.
HAUT DE PAGE4.1.1.2 Principes de détection
On considère un défaut monophasé situé à une extrémité de ligne de l’enroulement d’induit de l’alternateur. Le courant de défaut se referme à travers la résistance de limitation ainsi que par les capacités phase-terre des phases saines (c’est-à-dire non affectées par le court-circuit), comme l’illustre la figure 3.
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On montre alors, à l’aide de la transformation de Fortescue (composantes symétriques) et en négligeant les impédances équivalentes de l’enroulement d’induit devant la résistance
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Protections des turbo-alternateurs
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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