Protection directionnelle de terre (67N)

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protection directionnelle de terre 67N

La fonction de protection directionnelle de terre (67N) est utilisée pour protéger le réseau électrique contre les défauts à la terre. Elle est activée lorsque les deux conditions suivantes sont maintenues pendant une période égale à la temporisation choisie :

  • Le courant résiduel dépasse le seuil du réglage fixé.
  • Le déphasage entre le courant résiduel par rapport à la tension résiduelle se trouve à l’intérieur de la zone de déclenchement.

La zone de déclenchement de la protection directionnelle de terre est un demi-plan qui est défini par un angle caractéristique {Ɵ}_{rsd}​, qui est l’angle entre la ligne perpendiculaire à la ligne frontière entre les deux zones et la tension de polarisation.

La tension de polarisation utilisée dans la protection directionnelle de terre (67N) est la tension résiduelle.

les zones de la protection maximum de courant terre directionelle
les zones de la protection maximum de courant terre directionnelle

Suivant le schéma ci-dessus, si le courant de défaut est dans la zone de déclenchement ({I}_{rsd,1}) la protection s’active, sinon ({I}_{rsd,2}) la protection reste inactive.

Voyons à présent dans le détail les principes théoriques ressortant afin de mieux comprendre la fonction de protection directionnelle de terre.

Comment mesurer la tension résiduelle?

Tout d’abord, la tension résiduelle égale à la somme vectorielle des tensions phase-terre 1, 2 et 3

{V}_{rsd} = 3V_0 = V_1 + V_2 + V_3

{V}_{0} est la composante homopolaire.

La mesure de la tension résiduelle peut être effectuée à l’aide de deux manières :

  • Calculée : En utilisant les tensions phase-terre 1, 2 et 3, et le relais de protection calcule la somme vectorielle.
  • Mesurée : A l’aide d’un transformateur de tension à 3 bobines. Chaque secondaire est utilisé pour mesurer la tension de chaque phase ; le tertiaire est connecté en triangle ouvert et aux bornes de celui-ci, une tension résiduelle se produit, de sorte que la somme des tensions est effectuée électriquement.
La mesure de la tension résiduelle en utilisant 3 TT
La mesure de la tension résiduelle en utilisant 3 TT

Quelle est la valeur de la tension résiduelle lors d’un défaut front phase-terre?

Pour un réseau électrique mis à la terre à travers une résistance de limitation du courant de défaut, la valeur de la tension résiduelle lors de l’apparition d’un défaut phase-terre est calculée selon la logique suivante:

Considérons le schéma suivant :

défaut phase-terre
défaut phase-terre

{V}_{T1}, {V}_{T2}, {V}_{T3} : les tensions phase-terre mesurées dans les phases 1, 2 et 3.

Ainsi, la tension phase-terre mesurée pour chaque phase est de :

  • La phase 1 est égale à zéro {V}_{T1} = 0.
  • La phase 2 est la tension composée {V}_{T2} = V_2 - V_1​.
  • La phase 3 est la tension composée {V}_{T3} = V_3 - V_1​.

Ainsi, la tension résiduelle {V}_{rsd} mesurée est de :

{V}_{rsd} = {V}_{T1} + {V}_{T2} + {V}_{T3}​

{V}_{rsd} = V_2 - V_1 + V_3 - V_1

{V}_{rsd} = -3V_1

Comme V_1 + V_2 + V_3 = 0.

Donc, pour un défaut sur une phase q, la tension résiduelle mesurée est :

|{V}_{rsd}| = -3V_q

C’est à dire que l’amplitude de la tension résiduelle est donc égale à trois fois la tension monophasée de la phase en défaut :

{V}_{rsd} = 3V_n​

Comment utiliser la Protection directionnelle de terre (67N)?

La protection directionnelle de terre (67N) est utilisée dans l’une des situations suivantes :

  • Pour déterminer la direction du courant de défaut à la terre.
  • Pour faire la différence entre un courant de défaut réel et un courant capacitif

Cela est nécessaire lorsque le réseau est mis à la terre à travers une résistance de limitation, qui génère un courant capacitif élevé lorsqu’un défaut phase-terre se produit.

Dans ce cas, la polarisation peut être influencée en mesurant le courant dans la connexion de mise à la terre du neutre. En effet, nous avons vu que le courant qui circule dans la résistance du neutre pour un défaut phase-terre est :

{I}_{neut} = - V_n/R_n​

Donc

{I}_{neut} = {V}_{rsd}/3R_n​

{V}_{rsd} = -3V_n​ pour un défaut front, et V_n​ est la tension nominale monophasée.

La Protection directionnelle de terre permet de distinguer entre un courant de défaut et un courant capacitif

Pour étudier la façon dont les courants de défaut à la terre se propagent dans un réseau électrique comportant plusieurs départs, prenons l’exemple du schéma illustré ci-dessous :

distinction entre un courant de défaut et un courant capacitif
distinction entre un courant de défaut et un courant capacitif

Avec

I_l = V_n/R_n, est le courant résistif.

Et

I_f = I_l + {I}_{Cf} + {I}_{C1} + {I}_{C2} + {I}_{C3}, est le courant de défaut.

Comme vous le voyez, le courant généré par le capacitif câbles passe par les lignes d’alimentation non affectées. Pour cela, nous utilisons la protection directionnelle de terre (67N) pour différencier entre un courant provenant d’une ligne d’alimentation défectueuse et un courant capacitif provenant d’une ligne d’alimentation non affectée.

Comment différencier entre la zone de déclenchement et la zone de verrouillage ?

La valeur du courant résiduel détectée par la protection directionnelle de terre (67N) {P}_{f} de la ligne d’alimentation défectueuse est :

{I}_{rsd} = {I}_{l} + {I}_{C1} + {I}_{C2} + {I}_{C3}

I_l = V_n/R_n​

Et

{I}_{Ci} = 3j{C}_{i}w{V}_{n}

d’ou

{I}_{rsd,f} = V_n/R_n + 3j(C_1 + C_2 + C_3)wV_n

{I}_{rsd,f} = - {V}_{rsd}/3R_n - j(C_1 + C_2 + C_3)w{V}_{rsd}

Où :

{V}_{rsd} = -3V_n​ pour un défaut front

C_i : la capacité du départ

V_n : la tension nominale simple

R_n : la résistance du neutre.

La valeur du courant résiduel détecté par la protection directionnelle de terre (67N) {P}_{i} d’un départ non affecté est de :

{I}_{rsd,i} = - {I}_{Ci}

d’où

{I}_{rsd,i} = - 3j{C}{i}w{V}_{n}

{I}_{rsd,i} = j{C}_{i}w{V}_{rsd}

{V}_{rsd} = -3V_n pour un défaut front.

On peut ainsi établir les déphasages entre le courant résiduel par rapport à la tension résiduelle détectés par les dispositifs de protection des départs défectueux et les départs non affectés.

Présentation du courant de défaut et le courant capacitif
Présentation du courant de défaut et le courant capacitif

Le déphasage entre le courant résiduel par rapport à la tension résiduelle observé par la Protection directionnelle de terre P_f du départ défectueux dépend de la valeur du courant capacitif de tous les départs non affectés et la valeur du courant résistif qui traverse la résistance du neutre.

La valeur du seuil de la protection de terre (50N/51N) est choisie de manière à ce qu’il n’y ait pas de déclenchement intempestif et que le départ défectueux soit déclenché quelle que soit la configuration du réseau, c’est-à-dire pour un courant capacitif variable des départs non affectés.

En général, l’angle caractéristique {Ɵ}_{rsd} = 45° est appliqué, et le réglage du seuil de courant est fixé aussi bas que possible pour protéger les départs non affectés contre les faux déclenchements causés par le courant capacitif.

Photo de Backyard Productions de Canva.com

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