80570591-relais-numerique

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4. Présentation des relais numérique :
Dans les circuits des relais numérique, on trouve les circuits numériques suivants : les
convertisseurs Analogique/Numérique (A/N) et Numérique/Analogique (N/A), les
microprocesseurs, les multiplexeurs et les démultiplexeurs, les circuits d'échantillon et
autres circuits intégrés.
Les relais de protection numérique peut être programmé pour effectuer plusieurs
protection, dans les normes CEI ont défini pour chaque protection un code, c’est le code
AINSI.
L’ensemble de code de protection qui sera utile pour ce projet sont regroupé dans le
tableau suivant :
Tableau 1 : Code de protection AINSI selon la CEI
50/51
Maximum de courant
50N/51N Maximum de courant homopolaire
67/67N
Directionnel de courant phase ou terre
32P/32N
Directionnel de puissance phase ou terre
46
Désééquilibre de courant
49
Image thermique Alarme et déclenchement
51BF
Défaillance disjoncteur
27/59
Maximum et/ou minimum de tension
47
Seuil à max de composante inverse de tension
59UO
Maximum de tension homopolaire
81
Maximum et/ou minimum de fréquence
68
Sélectivité logique
74
Supervision du circuit de déclenchement
I²t
Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur
87
Protection différentielle à pourcentage
87N
Protection haute impédance pour la détection de défaut à la terre très résistant ou
fortement impédant
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48
Contrôle de la phase de démarrage sous tension réduite et séquence de démarrage
66
Nombre de démarrages consécutifs
55/78
Minimum de facteur de puissance
15
Contrôle de la vitesse
RT
Commande à distance
4.1. Protection différentiel ligne Micom P422 :
Le fonctionnement de la protection de distance est basé sur l'utilisation simultanée de deux
algorithmes de distance indépendants :
Calcul des valeurs de transition caractéristiques du défaut (algorithmes en "Delta").
Mesure d'impédance (algorithmes "Classiques").
Ces deux algorithmes permettent à la protection de détecter tous les types de défaut sur les
ouvrages électriques. Les calculs d'impédance sont effectués sur chacun des échantillons
pour la totalité des six boucles AN, BN, CN, AB, BC et CA, ce qui en fait un véritable
équipement de protection de distance numérique non-commuté.
Fondé sur les grandeurs de transition, l'algorithme en delta est une technique brevetée
bénéficiant d’une grande expérience dans différents équipements. L'algorithme en delta
utilise les signaux superposés apparaissant pendant un défaut pour détecter celui-ci,
sélectionner la phase en défaut et déterminer la direction du défaut. L'élément directionnel
utilise le signe de l'énergie calculée à partir de DV (variation de tension) et de DI (variation
de courant) pour déterminer la direction du défaut.
Pour un défaut aval, ΔV et ΔI sont de polarité opposée et
Pour un défaut amont, ΔV et ΔI sont de même polarité.
Les éléments de détermination de phase et de directionnel peuvent changer leur décision si
nécessaire, par exemple lors de défauts évolutifs.
Le modèle de la série MiCOM P442comportent :
Un afficheur à cristaux liquides rétro-éclairé (3 lignes).
2 voyants LED (dont 8 programmables).
Un port RS232 et un port RS485.
Un second port RS232/RS485/K-Bus en option (P442 & P444 seulement).
Un port de téléchargement/calibration.
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Des contacts de défaut équipement (travail et repos)
Une tension +48V contrôlée et fournie par
l'équipement lui-même.
Des entrées courant bi-calibre 1A/5A
Un second port RS232/RS485/K-Bus en option
Un port de téléchargement/calibration.
Figure 1 : MICOM P442
Contient les fonctions de protection 21G, 21p, 50/27, 50/51, 50/51N, 51FF, 32N, 67,
67N, 78, 46BC, 50BF, 25, 79, 59, 27,
Mesure :Va, Vb, Vc, Vn, Vab, Vbc, Vca, la, lb, Ic, In, Im, F, Wa, Wb, Wc,Wtotal,VARa,VARb,
VARc,VARtotal, VAa, VAb, VAc.
Enregistreur d'évènement (ECE).
Localisateur de défaut.
Oscillopedurbographie.
4.2. Protection de distance SIPROTEC 7SA63 :
La protection de distance est assurée par la
protection SIPROTEC 7SA63 de SIEMENS,
elle assurera en plus de la fonction de
protection 21, les fonctions de protection
67, 67N, 27, 59, 25, 79, MU et LD décrites
précédemment.
La protection 7SA63 permet l'élimination
rapide et sûre de n'importe quel type de
défaut. Les algorithmes de distance et de
directionnel uniques offrent un ensemble
optimum de rapidité, sélectivité et sécurité
pour tous les types de défauts et les cas
d'applications les plus difficiles,
Figure 2 : Relais de protection de distance
7SA63
En outre cet équipement offre les avantages suivants :
Equipement standard pour tous les types d’applications.
Stock de pièces détachées réduit avec notamment des entrées courant bi-calibre
(1A/5A).
Réduction du nombre de boîtiers.
Intégration dans un système de contrôle-commande simplifiée grâce à un éventail de
protocoles de communication.
Synchronisation horaire de tous les équipements de protection.
Analyse des défauts plus rapide grâce au consignateur d'événements, au compterendu de défaut et à la perturbographie.
Disponibilité maximale de l'équipement grâce à des autocontrôles complets et aux
fonctions de supervision (TC, TP, circuit de déclenchement).
Fiabilité améliorée grâce à deux principes de détection de défauts différents.
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4.3. Protection jeu de barre Siemens SIPROTEC 7SS52 :
La protection SIPROTEC 7SS52 est une protection numérique rapide, par phase et fiable
contre les défaillances de jeux de barres et de disjoncteurs dans des installations de
distribution basse, moyenne et haute tension et offre un grand nombre de configurations
du jeu de barres.
La protection est appropriée pour tous les types d'organe de manœuvre à noyau en fer ou
pour les transformateurs de courantes linéarités. Le court temps de déclenchement est
avant tout avantageux pour les applications à limites de défaut élevées ou là où le
déclenchement doit avoir lieu immédiatement pour assurer la stabilité du réseau.
Grâce à la construction modulaire du matériel, la
protection peut être ajustée de manière optimale
à la configuration du jeu de barres. La disposition
décentralisée permet de réduire
considérablement les frais de câblage dans
l’installation de distribution.
La protection de jeux de barres 7SS52 s’utilise
dans les systèmes de jeux de barres simples,
doubles ou triples avec ou sans commutation
entre les jeux de barres et sans commutation
entre les jeux de barres dans les systèmes de jeux
de barres quadruples avec jusqu’à 48 travées, 16
disjoncteurs de couplage, et 24 sectionneurs
longitudinaux et 12 sections de jeux de barres
Figure 3 : Relais de protection différentiel de
jeu barre
4.4. Protection et système de mesure de départs HT UFM :
Les UFM représentent un système de mesure et de protection des départs 60kV de
MicroEner. Ils réalisent dans un même boîtier les fonctions de :
Protections électriques : Ampérométrique, Volumétrique, Fréquencemétritque,
Wattmétrique.
Comptage de l'énergie active et réactive dans les quatre quadrants
Mesure de l'ensemble des grandeurs électriques.
Contrôle du disjoncteur avec des E/S programmables et sa commande locale
Pedurbographie sur 8 voies avec une durée d'enregistrement de 2 secs par voie
Synoptique animé de la position du disjoncteur
Contrôle commande
Comme tous les systèmes te la gamme Ultra M, l’UFM se présente sous la forme d'un tiroir
électronique modulaire monté dans un boîtier métallique de du de haut. Ce dernier est muni
de court-circuiteurs sur les voies courant permettant l'extraction du module électronique en
charge. La face avant de l'appareil est équipée d'un afficheur graphique, d'un clavier
permettant la programmation et l'exploitation de l'appareil sans l'utilisation d'un PC ou
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d'une calculette supplémentaire. Toutefois, un port de liaison série de type RS232 permet
l'utilisation d'un PC pour la programmation.
L'afficheur graphique, en plus des valeurs de programmation, indique en permanence les
grandeurs électriques : Tension, Courant, Fréquence, Puissances Active et Réactive, et la
position de l'organe de coupure auquel il est raccordé grâce au synoptique animé visible à
l'avant de I'UFM.
L'interface homme- machine se complète par une signalisation lumineuse, indiquant l'état
de bluff, et un clavier pour une commande locale de l'organe de coupure.
L'unité volumétrique de bluff se raccorde au secondaire de TP couplés en étoile dont la
valeur de la tension nominale est comprise entre 50 V et 150 V.
Les unités ampérométriques sont bi-calibres. Elles se raccordent sur
des TI dont le calibre nominal au secondaire est 1A ou 5A, L'unité
homopolaire se raccorde sur les TI de l'unité phases câblés en
montage sommation, ou sur un tore dont le calibre nominal est 1A,
Les deux unités homopolaires sont équipées de filtres numériques
assurant l'insensibilité de la protection aux harmoniques de rang 3 et
plus.
Figure 4 : Relais UFM
Caractéristiques électriques
Courant nominal : In = 1 ou 5 A - Ion = 1 ou 5 A.
Surcharge ampérométriques : 500A (100 ln) pendant 1s – 20A (4ln) permanent.
Consommation des voies ampérométriques : 0,2 VA/phase à In - 0,06 VA/homopolaire à Ion.
Tension nominale : Un = 100 V à 125 V.
Surcharge volumétrique : 2 Un permanent.
Consommation des voies volumétrique : 0,2 VA à Un.
Précision :
Seuils : < 5 %.
Temporisations : < 2 %.
Consommation moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA.
Relais de sortie : (en nombre de six)
Courant nominal 5 A, Vn = 380 Vca,
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Charge résistive = 1 100 W (380 V max).
Pouvoir de fermeture : 30 A (impulsionnel) pendant 0,5 s.
Coupure : 0,3 A, 1 10 Vcc L/R = 40 ms, 100 000 manœuvres.
L'UFM a deux gammes de réglage (protection adaptative) et assure les fonctions de
protections suivantes :
50/51 : Maximum de courant.
50N/51N : Maximum de courant homopolaire.
67/67N : Directionnel de courant phase ou terre.
32P/32N: Directionnel de puissance phase ou terre.
46 : Déséquilibre de courant.
27/59 : Maximum et/ou minimum de tension.
59Uo : Maximum de tension homopolaire.
81 : maximum et/ou minimum de fréquence.
68 : Sélectivité logique.
50BF/51BF : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de détecter la non ouverture
du disjoncteur à ça suite de l'émission d'un ordre de déclenchement par la protection une
lors de la détection d'un défaut ampérométrique.
74 : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de vérifier la continuité de la filerie
entre le relais de sortie de la protection et la bobine de déclenchement du disjoncteur,
I2t : Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur grâce à la mesure des ampères
coupés, permet de définir les périodes d'intervention sur l'organe de coupure.
L'afficheur graphique de l’UFM indique en permanence et sous la forme d'un synoptique
animé la position de l'organe de coupure auquel il est raccordé ainsi qu'en temps réel les
grandeurs suivantes:
Les courants de ligne : la, lb, Ic.
Les tensions : Va, Vb, Vc, Ua, Ub, Uc.
Le facteur de puissance. PFa, PFb, PFc.
Le fleurant homopolaire : l0.
La tension homopolaire : Uo.
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La puissance active : Pa, Pb, Pc.
La puissance réactive. Qa, Qb, Qc.
Les UFM enregistrent plusieurs types d'événements :
Les 100 derniers événements de quelque nature qu'ils soient (logique,
déclenchement).
Les 10 derniers défauts avec la cause du déclenchement clairement identifiée et
horodatée ainsi que la capture des grandeurs électriques à l'instant du
déclenchement.
La trace oscillographique des 8 voies d'entrée (3U ,3I, Uo et I0) sur une durée de 2
secondes par voie. L’ordre de démarrage de l'enregistrement oscillographique est
programmable et peut être interne ou externe à UFM.
La led ''TRIP'' indique un déclenchement d'un des relais de sortie affecté à l'une des
fonctions protection de l'appareil.
Concernant la signalisation de déclenchement, l'état de la led ''TRIP'' reste mémorisé après
la disparition du défaut, même lors de la perte de la source auxiliaire. En cas de disparition
de celle-ci, la led retrouve son état initial au retour de l'alimentation.
La remise à zéro de la signalisation s'effectue en local par le bouton poussoir dédié
accessible à l'avant de l'appareil, ou par la liaison série depuis le superviseur.
Les UFM sont équipés de deux ports de liaison série :
Le premier, accessible à l'avant des appareils, est de type R5232.Il est prévu pour la
configuration en local à l'aide d'une console de programmation.
Le second, accessible à l'arrière de l'appareil, est quant à lui, de type RS485. Il est prévu
pour intégrer bluff dans une supervision afin de réaliser le contrôle commande du poste
depuis un superviseur.
Dans notre projet ce relais est utilisé dans Les tranches départs transformateur 60kv/10kv
des postes PJ0, PJ1, PJ2, PJ3, PJ5, et dans les départs câble 60kV.
4.5. Protection différentielle transformateur MD32-T :
La protection différentielle transfo est assurée par la MD32-T de MicroEner.Ce relais, grâce
à la mesure des courants de retenue et à sa caractéristique à pourcentage, reste stable lors
de défauts violents intervenant dans la zone extérieure à celle qu'il protège tout en gardant
une sensibilité extrême dans sa zone de fonctionnement.
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Le MD32/T utilise sans Tl de repassage (saturation). Son unité de
traitement intègre dans ses algorithmes de calcul le rapport de
transformation et l'indice horaire du transformateur protégé.
L'unité homopolaire assure, suivant le raccordement du tore et
des TI, une protection contre les défauts à la terre très résistants
Figure 5 : MD32-T.
ou une protection homopolaire contre les défauts d'isolement.
L'unité homopolaire est équipée d'un filtre actif qui l'insensibilise aux harmoniques du
range 3 et plus, La fonction pedurbographie permet l'enregistrement, à la suite d'un défaut
ou sur ordre extérieur, de la forme des intensités sur chacune des phases, La trace restituée
permet une analyse des données capturées sur 12 périodes du signal analogique,
L’ensemble calculent les courants réels en tenant compte des différents rapports de
transformation (transfo, TI) et du couplage primaire et secondaire du transformateur de
puissance. Ses algorithmes évitent l'ajout de TI de rattrapage, source d'erreur dans le calcul
du courant différentiel,
Ces relais analysent les valeurs efficaces vraies des grandeurs électriques qu'ils mesurent ou
calculent. La faible consommation des unités de mesure leur permet d'être raccordées à des
capteurs de mesure de faible puissance.
Caractéristiques:
Courant nominal : ln = 1 ou 5 A - Ion = 1 ou 5 A
Surcharge ampérométrique. 200 A pendant 1 s - 10 A permanent
Consommation des unités ampérométriques : 0,01 VA à In =1A, 0,2 VA In =5A Consommation
moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA
Relais de sortie :
• In = 5 A, Vn = 380 Vca .
• Pouvoir de fermeture: 30 A pendant 0,5 s.
• Coupure: 0,3 A, 1 10 Vcc,
• L/R = 1.0 ms, 100000 manœuvres.
Les MD32/T sont équipés de 3 entrées logiques qui sont activées puisqu'elles sont courtcircuitées :
B1 = Blocage des fonctions d>, d>>, do. Toutes les combinaisons sont possibles.
B2 = Mise en route tes fonctions affaiblissement d'harmoniques.
B3 = Déclenchement extérieur de l'enregistrement des intensités.
Configuration des relais de sortie
Les relais de sortie RI, R2, R3, R4 peuvent être programmés pour être contrôlés par
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n'importe quelle fonction, qu'elle soit instantanée ou temporisée.
Le relais R5 (Watch dog - chien de garde), normalement excité, se désexcite sur
défaut interne, disparition de fa source auxiliaire ou lors de la programmation de
l'appareil.
Le retour à l'état de veille des relais de sortie est programmable permettant ainsi de
réaliser, si l'utilisateur le souhaite, la fonction verrouillage (F86).
Nature du retour des éléments temporisas: tares = M (manuel), A (automatique).
Indépendamment de la fonction perturbographie, le dernier défaut est mémorisé. Les
valeurs des différentes intensités sont capturées au moment du déclenchement et sont
accessibles, dans le menu LAST-TRIP de l'appareil.
Le relais MD32 /T est équipé d'un port série type R5485 pour l'exploiter à partir d'un PC, ou
compatible, à l'aide du logiciel MSCOM, ou bien pour l'intégrer dans un poste numérique et
l'exploiter à partir d'un poste de conduite centralisée.
Par ce bus de communication, tous les paramètres, réglages, informations accessibles en
local le deviennent également en déporté. Pour accéder à tous ces éléments, les requêtes
entre les relais de protection et les calculateurs se réalisant sous le protocole ModBus.
Chaque relais est identifié par une adresse programmable.
4.6. Protection masse cuve Micom P120 :
La protection masse cuve des transfos est assurée par la P120 de
ALSHTOM, Le P120 est un relais de surintensité à maximum de
courant. Il assure la fonction 51/51N = Maximum de courant
monophasé temporisée pour la protection masse cuve des
transfos.
Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite
sur la seule liaison qui relie la cuve du transformateur à la terre
par l'intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière.
Figure 6 : Relais P120
Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite sur la seule liaison qui
relie la cuve du transformateur à la terre par l'intermédiaire du TC tore installé sur cette
dernière.
Protection internes transfo (49, 95B & 95BR) : En plus de la protection arrêt circulation d'huile
et la protection Défaut aéro, s'ajoutent les protections suivantes :
49 : Protection thermique - Relais thermique.
95B : Relais Buchholz.
95BR : Relais Buchholz régleur.
4.7. Protection différentielle câble 7SD52 :
La protection différentielle câble entre les différents poste sera assurer par le relais 75D52
de SIEMENS.
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La Protection différentielle numérique SIPROTEC 75D52 est équipée d'un microprocesseur
32 bits performant. Ce dernier assure un traitement cent pour cent numérique de toutes les
fonctions de l'appareil, depuis l'acquisition des mesures jusqu'à l'émission des commandes
de sortie vers les disjoncteurs en passant par l'échange d'informations avec les autres
extrémités de l'élément protégé.
L'appareil 75D52 dispose de toute une série de fonctions de
protection et de fonctions additionnelles, Le volume
fonctionnel hardware et software de l'appareil est adapté à ces
fonctions. En outre, les fonctions qui génèrent les ordres de
commande sont adaptées aux types d'engins commandés.
Différentes fonctions peuvent être mises hors service par
programmation et l'interaction entre les différentes fonctions
peut être modifiée. Les fonctions de la 75D52 qui ne sont pas
nécessaires et qui ne sont pas utilisées peuvent ainsi être
cachées.
Figure 7 : Relais 7SD52
La figure suivante décrit le bloc fonctionnel de la protection
75D52.
4.8. Protection directionnel de puissance F650
Le F650 a été conçu comme un système de protection, commande, mesure et surveillance
avec une architecture basée sur microprocesseur, qui constitue une solution complète pour
la protection des différentes tranches de poste, conforme aux normes internationales les
plus appropriées. Tous les éléments exigés pour contrôler un poste ont été intégrés dans un
seul paquet pour une utilisation rentable, fiable et simple. Le bas nombre de composants,
grâce à la plus haute technologie, fournissent une fiabilité très élevée. Il est typiquement
appliqué aux lignes de transmission de n’importe quel niveau de tension ou comme
composant dans un système de commande complet. D’ailleurs, il peut être appliqué dans
une variété élevée de cas comme, par exemple, des transformateurs, coupleurs et des
batteries de condensateur.
Les entrées et les sorties mécaniques ont été conçues d’une
manière modulaire qui permet la migration facile des applications
simples aux plus complexes. L’unité inclut un contrôleur de bus
CAN de fibre optique qui permet d’utiliser des entrées/sorties
distribuées à travers des modules externes. Les fonctions de
protection du F650 incluent la surintensité de phases, neutre,
terre, terre sensible, neutre isolé et séquence inverse, maximum et
minimum de fréquence, maximum et minimum de tension,
fonctions directionnelles de phase, neutre et terre, défaillance du
disjoncteur, vérification du synchronisme .
Figure 8 : Relais F650
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Les fonctions de commande incluent un PLC complet avec un afficheur graphique en option.
La combinaison des deux éléments
Protection
Surintensité instantanée de phases, neutre, terre,
terre sensible et neutre isolé (50PH, 50PL, 50N, 50G, 50SG, 50IG)
Contrôle directionnel pour chaque unité (67P, 67N, 67G, 67SG)
Maximum et minimum de fréquence (81U, 81O)
Défaillance du disjoncteur (50BF)
Vérification du synchronisme (25)
Interface graphique complètement programmable.
Localisateur des défauts
Surveillance du circuit de déclenchement
Enregistrement de 479 événements
Mesure d’intensité, tension, puissance, facteur de puissance, fréquence
Interface de l’utilisateur
Port RS232 en face, RS485 ou fibre optique en arrière, simple ou
redondante
Port Ethernet pour connexion en réseau.
4.9. Raccordement entre combiné de mesure et armoire de protection :
Le raccordement des appareils de protection au circuit de mesure (combiné de mesure, Tore
ou TT barre) selon la classe de précision du TC.
La protection de chaque travée sera regroupé dans une seul armoire et en va distingue
donc :
Armoire protection travée départ transformateur.
Armoire protection travée couplage.
Armoire protection travée départ câble.
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Exemples de câblage
Départ transformateur 60kv/10kv
Armoire protection départ transformateur
UFM
Combiné de mesure
MD32-T
7SS52
P120
Sectionneur de neutre
signalisation
Point de test
Figure 9 : Câblage armoire de protection départ transformateur
Tableau 2 : Nombre de TC et TT occupé par un départ transformateur.
Relais
Circuit courant TC
Circuit tension TT
UFM
MD32-T
—
P120
—
Le relais UFM possède deux entrées :
Circuit courant 3 TC pour les trois phases.
Circuit tension 3TT pour les trois phases.
C’est un relais polyvalent qui contient plusieurs fonctions de protection ainsi il contient des
case mémoire (codé sur 8 ou 16 bit) ou il stocke la valeur instantané de courant, tension,
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fréquence et la puissance (active et réactive) affin de les transmettre au automate
programmable, le ModBus est le mode de transmission qui sera utilisé par la suite.
Travée couplage JDB
Unité de
traitement
7SS52
COUPLAGE
Départ poste
Module
7SS523
Départ Transfo
Figure 10 : Câblage de protection jeu de barre
Chaque module 7SS523 est installé sur chaque travée possède une entrée courant qui
donne une image de courant qui circule a travers la travée.
Le 7SS523 possède des TC configurable pour que le module de traitement 7SS52 puisse voir
le même niveau de courant .au contraire chez la protection analogique TMAR : l’adaptation
de niveaux de tension est réalisée à l’aide de TC de rattrapage.
En effet les combiné de mesure de départ transformateur on un rapport de transformation
200/5 A et les combiné de mesure d’un départ poste ont un rapport de 600/5 A donc pour
ramené au même niveau les intensité de courant vue par le relais TMAR en doit multiplier
le rapport 200/5 par 3 qui égale a 15/3 c’est le rapport de transformateur de courant de
rattrapage.
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Travée Départ câble
TPS
TPI
UFM
SIPROTECT
7SA52
F650
Signalisation
Point test
Figure 11 : Câblage armoire de protection départ câble