01 Relais de protection MiCOM P642, P643 et P645 Protection et contrôle de transformateur Les transformateurs représentent une part majeure dans les coûts des installations d’un système électrique. Une durée de vie illimitée pour un transformateur, supprimant toutes contraintes mécaniques et électriques, serait idéale mais impossible. Dans ces conditions, les techniques innovantes de mesures, d’alertes, de déclenchements sur défauts et de compte-rendus permettent de planifier les opérations de maintenance préventives avant toutes défaillances coûteuses. Figure 1 Face avant de l’équipement P645 Les défauts internes sont, avec les courts-circuits, les risques les plus importants pour les transformateurs, car ils génèrent les plus hautes énergies. S’ils ne sont pas éliminés rapidement, les dégâts sur le bobinage et sur le circuit magnétique deviennent irréparables. Les MiCOM P642, P643 et P645 sont la solution à ces problèmes, ils préservent la durée de vie et protègent vos transformateurs continuellement. Intégrés dans une gamme de produits performants, les P64x assurent la fonction de protection différentielle de transformateur, protège contre les défauts à la terre (restreinte) et contrôle l’induction excessive (sursaturation). Ils assurent aussi une protection de secours, en cas de défauts externes non éliminés. Les différents modèles protègent les transformateurs à deux et trois enroulements (y compris les autotransformateurs), avec jusqu’à 5 jeux de TC triphasés. Les TC étant nombreux dans les applications en anneau ou les réseaux maillés , les P64x additionnent l’ensemble des courants pour chaque enroulement facilitant ainsi la protection de secours. La protection de secours à maximum de courant peut être directionnelle en choisissant l’option entrée analogique de tension triphasée. PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Avantages Produit • Equipement universel pour toutes les configurations de transformateur (ou de bobine d’inductance) • Protection, commande, surveillance, mesures et enregistrements regroupés dans un même équipement • Sauvegarde et enregistrements de tous les défauts • Simplicité de réglage, configuration et mise en service • Touches de fonction programmables • Protection différentielle de trans formateur ultra-rapide ◦◦ Paramétrage simple • Protection différentielle contre les défauts à la terre (restreinte) pour améliorer la sensibilité de déclenchement • Éléments de tension, fréquence, température et contre le maximum d’induction • Surveillance des TC et TP, du circuit de déclenchement et autocontrôle ◦◦ Surveillance de TC brevetée empêchant tout déclenchement intempestif en cas de défaillance de TC ou de défaut dans la filerie • Protection de secours ampèremétrique intégrée pour chaque enroulement • Interfaçage facile avec de multiples protocoles d’automatisation, y compris CEI 61850 02 Relais de protection MiCOM P64x APPLICATIONS L’équipement MiCOM P642 est conçu pour la protection des transformateurs à deux enroulements, avec un jeu de trois TC de phase par enroulement. L’équipement P643 gère jusqu’à 3 entrées polarisées (trois ensembles de TC), soit pour une application à trois enroulements, soit pour une application à deux enroulements avec TC doubles sur un côté. L’équipement P645 offre cinq jeux d’entrées polarisées pour protéger les transformateurs raccordés à 4 ou 5 départs. Tous les modèles disposent d’une entrée de TP monophasé, destinée principalement à la protection contre le flux excessif. Les P643 et P645 permettent le raccordement à un jeu de 3 TP supplémentaire. Il est donc possible de réaliser une protection ampèremétrique directionnelle. ANSI Ceci augmente aussi le nombre de voies analogiques disponibles pour la mesure et l’enregistrement. Outre la protection de transformateur, la gamme P64x peut être appliquée à d’autres installations, comme sur des bobines d’inductance ou des moteurs. La gamme MiCOM P64x contient un ensemble complet de fonctions de protection et de contrôlecommande. La colonne de configuration du menu est utilisée pour la gestion des fonctions dont l’exploitant a besoin pour l’application envisagée et celles qui peuvent être désactivées. Les fonctions désactivées sont entièrement retirées du menu pour simplifier le réglage. Les éléments différentiels sont configurés à l’aide d’un outil d’assistance pour éviter les erreurs de paramétrage. IEC61850 Fonctionnalités Nombre d'entrées polarisées (ensembles de TC triphasés) Nombre de TC résiduel/de point neutre Entrée de TP monophasé Entrée de TP triphasé supplémentaire 87T LzdPDIF Protection différentielle de transformateur 64 RefPDIF Protection contre les défauts à la terre restreinte (enroulements) 49 ThmPTTR Surcharge thermique 24 PVPH Protection à maximum d’induction (sursaturation) V/Hz LoL Perte de durée de vie Thru Surveillance de défaut traversant RTD RtfPTTR Sondes de température RTD : 10 PT100 CLIO PTUC E/S analogiques (4 entrées + 4 sorties) 50/51 OcpPTOC Protection à maximum de courant par enroulement 50N/51N Ef_PTOC Protection de secours contre les défauts à la terre, calculés ou mesurés 46 NgcPTOC Maximum de courant inverse par enroulement Directionnabilité des éléments à maximum de courant de phase, de terre et 67/67N RDIR inverse (avec option TP triphasé supplémentaire) 50BF RBRF Protection contre les défaillances de disjoncteur (nombre de disjoncteurs) Protection à minimum et maximum de tension et VN> résiduelle 27/59/59N PTUV/PTOV (avec option TP triphasé supplémentaire) Minimum / maximum de fréquence 81U/81O PTUF/PTOF (avec option TP triphasé supplémentaire) STP Supervision de TP STC Supervision de TC différentielle (brevetée) TCS Surveillance du circuit de déclenchement IRIG-B Entrée de synchronisation horaire IRIG-B SLP SOE OptGGIO Entrées logiques opto-isolées RlyGGIO FnkGGIO LedGGIO Contacts de sortie Touches de fonction LED programmables (R rouge / V vert / J jaune) Schémas logiques programmables graphiques Groupes de réglages disponibles Consignation d'événements Enregistrements de perturbographie Les parenthèses (•) indiquent des fonctionnalités optionnelles P642 P643 P645 2 2 1 3 3 1 (•) • 3 • 1 (2) • • (•) (•) • • • 5 3 1 (•) • 3 • 1 (2) • • (•) (•) • • • (•) (•) 3 5 (•) (•) • • • 2 • 1 • • (•) (•) • • • 2 • (•) 8 à 12 8 à 12 8R • 4 • • 4 • • (•) (•) 16 à 24 16 à 24 16 à 24 16 à 24 10 10 18 18 R/V/J R/V/J • • 4 4 • • • • 4 4 • • • • 03 Relais de protection MiCOM P64x DM101062FR PRESENTATION DES FONCTIONS I -HT 2nd port de comm. à distance 2nd port de comm. Enregistr. de défauts Communications locales I -HT Enregistr. de perturbographie Mesures Autocontrôle STP I -HT I -BT ADD_ I -BT DIFT_3 PI>C_ PI>C_ DIFT_2 PI>C_ PI>C_ DIFT_1 PI>C_ PI>C_ ADD_ PdT ADD_ ADD_ Trav. I -TT STC ADD_ I -TT I -TT E/S analog. E/S logiques MESEN MESSO Toujours disponible Option ou spécifique 1. L'entrée de TP triphasé est en option 2. Les fonctions 27, 59, 59N et STP nécessitent la présence de l'entrée de TP triphasé. 3. La fréquence requise par la fonction 81 est obtenue de n'importe quel signal analogique, mais les signaux de tension ont priorité sur les signaux de courant. Figure 2: Vue d’ensemble du système de la série P64x – Exemple d’application à 3 enroulements et 4 entrées polarisées La protection la plus rapide et la plus précise pour toute installation complexe Protection différentielle de transformateur P64x 04 Protection différentielle de transformateur 87T I diff = I 1 + I 2 + I 3 + I 4 + I 5 DM101063FR L’algorithme différentiel possède une caractéristique de retenue à triple pente, illustrée à la figure 3. Un défaut interne générera un courant différentiel. Le courant de retenue est celui qui traverse l’ouvrage protégé, en tant que courant de charge ou de défaut traversant. La caractéristique initiale est plate pour faciliter la mise en service. Elle augmente ensuite jusqu’à la pente de retenue (K1). K1 est une pente basse pour assurer la sensibilité aux défauts, tout en tolérant les écarts lorsque le transformateur de puissance est à la limite de la plage de son régleur en charge, ainsi que les écarts entre les rapports de transformation des TC. Pour des courants supérieurs aux valeurs nominales, des erreurs supplémentaires peuvent être introduites à cause de la saturation des TC. La pente de retenue est donc augmentée à K2. La P64x comporte une retenue transitoire qui est combinée à la pente K2 pour minimiser les besoins de tension de coude du TC. Idiff Is-SH2 Is-SH1 K2 DÉCLENCHEMENT Is-STC Is1 Is-déf.fil RETENUE B C Figure 4 Courbe de magnétisation typique illustrant la distorsion causée par les harmoniques DIFT : Protection différentielle de terre (restreinte) La protection différentielle de terre protège la grande majorité des transformateurs grâce à ses principales protections différentielles. Une protection distincte par enroulement est disponible (P642 : HT et BT. P643/ P645 : HT, BT, et, si besoin, la tension tertiaire TT). La figure 5 illustre une application caractéristique de protection différentielle de terre (DIFT). La fonction DIFT s’affranchit de l’utilisation de résistances de stabilisation ou de varistances/ Metrosil. La fonction DIFT fonctionne indépendamment de la détection de courant magnétique. Le déclenchement est plus rapide et plus précis pour les faibles défauts. C C B B A A 0 ... x ... 1 87T K-déf.fil K1 IY Iret Is2 I ret = A DM101065FR FONCTIONS DE PROTECTION PRINCIPALES DM101064FR Relais de protection MiCOM P64x I1 + I 2 + I 3 + I 4 + I 5 2 Figure 3 Protection différentielle à retenue (87T) La mise sous tension d’un transformateur entraîne un appel de courant magnétique dans un seul enroulement. Dans ce cas, les éléments différentiels doivent être stables. On utilise un schéma basé sur le rapport d’harmoniques de rang 2. La protection différentielle peut également être adaptée lorsque le transformateur est sursaturé, pour ne pas émettre d’ordre de déclenchement en cas de flux excessif transitoire. Le flux (induction) excessif est identifié à partir du cinquième harmonique de courant. Un élément différentiel instantané à seuil haut, non soumis à la retenue par harmonique, permet d’éliminer rapidement les défauts de courant élevé. L’utilitaire de configuration de la protection différentielle ne requiert que des données inscrites sur les plaques signalétiques du transformateur et du TC, et quelques informations sur les transformateurs dans la zone. Σ{IA, IB , IC} DIFT Figure 5 Application de la protection différentielle de terre (restreinte) Surcharge thermique Tous les modèles disposent d’une protection programmable contre la surcharge thermique. L’application la plus simple consiste à utiliser une caractéristique I²t. Les constantes de temps sont configurées pour un modèle thermique correspondant au profil exponentiel d’échauffement et de refroidissement équivalent au point chaud de l’enroulement. Des seuils d’alarmes et de déclenchement sont disponibles en sorties. Le profil de l’image thermique peut être amélioré pour des installations à refroidissement par air et/ou par huile. Cette fonction est réalisée en installant la carte RTD (option) et en positionnant des sondes PT 100 (à l’extérieur, ou à l’intérieur de la cuve du transformateur). 05 Relais de protection MiCOM P64x Il est possible de régler une alarme ou un déclenchement à partir d’une sonde lorsqu’elle est située sur un point sensible. On peut connecter jusqu’à dix sondes indépendantes, ce qui rend possible la commande de la pompe du réfrigérant et du ventilateur en utilisant les schémas logiques programmables (PSL). La protection contre la surcharge thermique améliore la durée de vie de l’installation (voir plus loin). Protection contre le flux excessif (sursaturation) V/Hz L’entrée de tension monophasée peut être raccordée à un TP phase-phase ou phase-neutre. Elle permet la détection de flux excessif. Des caractéristiques d’alarme et de déclenchement sont disponibles. Elles sont basées sur la mesure du rapport tension/fréquence. L’alarme est temporisée à temps constant alors que l’ordre de déclenchement peut être soit temporisé à temps constant (quatre seuils disponibles), soit soumis à une caractéristique de temps inverse et trois seuils à temps constant. L’entrée de TP triphasé (option) sur les P643 et P645 permet de détecter le flux excessif sur les entrées HT et BT du transformateur, pour une protection optimale quel que soit le sens de transit. La surcharge thermique et le flux excessif sont tous deux des fonctions thermiques, l’un modélisant l’échauffement des enroulements et de l’huile, et l’autre l’échauffement des boulons et des tôles du circuit magnétique. Étant donné que les constantes sont incrémentées en minutes (plutôt qu’en secondes), l’échauffement et le refroidissement des deux images thermiques peuvent être relativement lents. Un compte à rebours de pré-déclenchement est disponible. Il affiche le temps restant avant le déclenchement si le niveau actuel de charge ou de flux devait être maintenu. Une pré-alarme de déclenchement peut être configurée pour indiquer à l’avance un possible déclenchement, afin de prévoir une intervention. Après tout essai par injection, une commande peut forcer la remise à zéro de toutes les images. Défaillance de disjoncteur La protection contre la défaillance de disjoncteur peut être initiée par une fonction interne au P64x ou par des équipements externes. Dans le cas des relais de Buchholz (augmentation soudaine de pression), les protections contre les défaillances disjoncteurs (ADD) doivent être démarrées en parallèle. Lorsqu’une protection externe de départ ou de jeu de barres déclenche un ou plusieurs disjoncteurs, la P64x est capable de démarrer l’ADD indépendamment, pour chaque disjoncteur. L’équipement gère les schémas à redéclenchement et à déclenchement de disjoncteur amont, qu’il contrôle à l’aide d’un élément à minimum de courant rapide. FONCTIONS DE SURVEILLANCE La surveillance de transformateur de tension détecte la perte d’un, de deux ou de trois signaux de tension (les modèles P643 et P645 comportent un TP triphasé). La surveillance des transformateurs de courant détecte la perte de signaux de courant de phase. Grâce à la fonctionnalité “STC différentielle” (brevetée), l’équipement effectue une comparaison intelligente du déséquilibre du courant inverse sur toutes les bornes des TC, pour déterminer quel TC est défaillant. Cette comparaison permet la détection immédiate de tous les courts-circuits, circuits ouvert et déconnexion de filerie. La protection différentielle peut être bloquée pendant la défaillance ou temporairement désensibilisée pour éviter tout déclenchement intempestif. La supervision de TC assure donc en temps réel la stabilité des éléments différentiels ainsi que celle de la protection différentielle de terre. PROTECTION DE SECOURS Les équipements MiCOM P642, P643 et P645 disposent d’une fonction de protection de secours complète. Celle-ci est généralement utilisée en mode temporisé pour améliorer la fiabilité de la détection de défaut dans les cas de défauts externes (hors zone protégée). L’intégrité du système est améliorée, grâce aux éléments internes de délestage, inter-verrouillage, alarmes et autres. Protection ampèremétrique Chaque enroulement, lorsque le courant est mesuré directement à partir d’une entrée de TC, ou lorsqu’il est le résultat de la somme virtuelle de deux TC, dispose des éléments suivants : • Maximum de courant de phase • Maximum de courant inverse • Maximum de courant de terre Quatre seuils de protection sont disponibles pour chaque enroulement. Ils peuvent être instantanés, temporisés à temps constant ou selon un choix de caractéristiques inverses CEI et ANSI/IEEE. Avec l’option TP triphasé (P643/P645), toute fonction de protection sur enroulement du TP peut être directionnelle. Simplicité d’installation : La configuration est intuitive et ne nécessite que les informations des plaques signalétiques 06 Relais de protection MiCOM P64x Si nécessaire, les éléments à maximum de courant directionnels peuvent être utilisés pour éliminer des défauts amont ou pour protéger des jeux de barres adjacents. Dans les secteurs de la distribution et de l’industrie, les niveaux de tension permettent de créer des schémas de protection de jeux de barres économiques en utilisant le principe de “verrouillage inversé”. Ce schéma logique déclenchera si un courant en défaut traversant le jeu de barres n’est pas suivi d’un démarrage de protection externe sur un départ de ligne. La protection contre les défauts à la terre peut fonctionner en mode mesuré ou calculé, au choix. “Mesuré” s’utilise quand l’enroulement (ou le transformateur de mise à la terre externe) dispose d’un TC de neutre monophasé sur la connexion Y-terre, et que l’on souhaite mesurer ce courant dans la protection de secours contre les défauts à la terre. “Calculé” s’utilise pour les enroulements en triangle, ou dans les autres cas où l’on préfère que le courant résiduel soit calculé à partir des trois courants de phase. Protection voltmétrique * Les fonctions de maximum de tension de phase, minimum de tension de phase et maximum de tension résiduelle (déplacement du point neutre) disposent chacune de deux seuils. De tels éléments sont particulièrement utiles pour détecter des erreurs de régulation de tension. (* - avec l’option d’entrée de TP triphasé commandée avec la P643 ou P645). Protection de fréquence L’équipement dispose de quatre seuils maximum de fréquence et deux seuils minimum de fréquence. Ils permettent la mise en oeuvre de schémas de délestage et de rétablissement de charge. Les opérateurs logiques incluent les opérateurs OU, ET et la plupart des opérateurs classiques, avec la possibilité d’inverser les entrées et les sorties et de fournir un retour. Le système est optimisé pour veiller à ce que les sorties de la protection ne soient pas retardées par le fonctionnement des schémas logiques programmables. Les schémas logiques programmables peuvent être configurés en utilisant l’interface graphique MiCOM S1 Studio sur PC, comme illustré à la Figure 6. Les sorties logiques peuvent être configurées en sorties maintenues (c’est-à-dire bistable) ou non. Les PSL permettent la mise en oeuvre de temporisations et de schémas de verrouillage. MESURES ET ENREGISTREMENTS Perte de durée de vie (PDV) Des dépassements fréquents du courant nominal du transformateur ou le fonctionnement à des températures élevées raccourcissent l’espérance de vie du transformateur. Les P64x calculent la perte de durée de vie des transformateurs à l’aide d’un modèle thermique permettant d’estimer la température de point chaud. On suppose que l’isolation se détériore suivant la théorie d’Arrhenius adaptée, disant que la durée de vie de l’isolation et la température absolue sont inversement proportionnels (selon la norme IEEE C57.91-1995). La mise en oeuvre de la fonction PdV comprend : • Écriture quotidienne dans la mémoire non-volatile • Perte de durée de vie cumulée, taux d’utilisation dans le cycle de vie, facteur d’accélération du vieillissement et heures de vie résiduelles enregistrées • Possibilité de points de consigne d’alarme lorsque des niveaux instantanés ou cumulés sont atteints Dialogue opérateur Les touches de fonction et les LED programmables intégrées permettent de protéger totalement les transformateurs, à moindre coût. Les P643 et P645 disposent de fonctions plus étendues, avec dix touches de fonction qui s’utilisent dans deux modes : normal et à bascule. Chacune est associée à une LED tricolore pour indiquer clairement son état logique. Les fonctions de commande, maintenance et mise en service se lancent directement à partir de ces touches, sans naviguer dans le menu. EM100008FR CONTRÔLE-COMMANDE Schémas logiques programmables (PSL) Une logique graphique puissante permet de personnaliser les fonctions de protection et de contrôle-commande. Figure 6 Éditeur de schémas logiques programmables 07 Relais de protection MiCOM P64x • Les statistiques peuvent être remises à zéro si l’équipement est affecté à un nouveau transformateur SUPERVISION DU POSTE Surveillance de défaut traversant Le circuit de déclenchement peut être surveillé au moyen des entrées logiques et des schémas logiques programmables. Les défauts traversants sont des causes majeures de dommages et de défaillances des transformateurs, à cause des efforts qu’ils imposent à l’isolation et à l’intégrité mécanique. Un calcul de I²t basé sur l’enregistrement de la durée et du courant maximum est sauvegardé pour chaque phase. Les résultats de ce calcul sont ajoutés aux valeurs existantes, et surveillés pour permettre de planifier la maintenance du transformateur et d’identifier des besoins de renforcement de l’installation. Les cinq derniers déclenchements sont mémorisés individuellement. Mesures du réseau électrique (MMXU) De multiples mesures analogiques, valeurs et déphasages, sont disponibles. Elles intègrent : • les courants de phase et de neutre pour tous les enroulements, plus les composantes symétriques • les mesures de toutes les entrées de tension • la fréquence, le facteur de puissance, les puissances actives et réactives • les valeurs de charge et de roulement maximales • les courants de retenue et différentiels • tous les états thermiques, les températures, et la perte de durée de vie • Les valeurs mesurées peuvent être affectées à des entrées/sorties analogiques. Surveillance du circuit de déclenchement Entrées/sorties analogiques (boucle de courant)* Quatre entrées pour transducteurs, de gammes 0-1 mA, 0-10 mA, 0-20 mA ou 4-20 mA sont disponibles. Deux seuils de protection temporisée sont associés à chaque entrée analogique. Un seuil est utilisé pour l’alarme et l’autre pour le déclenchement. Chaque seuil peut être réglé pour fonctionner en mode Max. ou Min. Quatre sorties de gammes 0-1 mA, 0-10 mA, 0-20 mA ou 4-20 mA sont disponibles, afin de limiter l’emploi de transducteurs séparés. Elles peuvent être utilisées pour alimenter des ampèremètres à cadre mobile classique, pour une visualisation analogique de certaines grandeurs mesurées, ou dans un système à protocole SCADA dans un poste analogique existant. (* - disponible lorsque l’option carte CLIO est commandée). Enregistrements d’événements Les enregistrements d’événements horodatés sont conservés dans une mémoire sauvegardée par pile. Un port IRIG-B, modulée ou démodulée, en option sert à la synchronisation horaire précise. Enregistrements de défauts • • • • Indication de la phase en défaut Fonctionnement de la protection Groupe de réglage actif Temps de fonctionnement de l’équipement et du disjoncteur • Courants avant et pendant le défaut • Courants de retenue et différentiels Enregistrements de perturbographie Les enregistrements de perturbographie perfectionnés comprennent toutes les voies analogiques (TC + TP) et jusqu’à 32 voies logiques, extraites au format COMTRADE. Souplesse de la logique programmable et des commandes 08 Relais de protection MiCOM P64x COMMUNICATION AVEC LES EXPLOITANTS ELOIGNES ET LES SYSTEMES DE CONTROLE-COMMANDE DE POSTE Deux ports de communication auxiliaires sont disponibles; un port arrière pour les communications à distance et un port en face avant pour les communications locales. Un second port arrière supplémentaire peut être commandé en option. A la commande, il est possible de choisir pour les ports arrière l’un des protocoles suivants : Courier/K-Bus, Modbus, CEI 60870-5-103, DNP 3.0 ou CEI 61850. Références de l’équipement protection de transformateurs •La gamme MiCOM P642, P643 et P645 utilise les technologies les plus avancées. •Plus de 80 000 unités sont actuellement en service dans le monde. Second port Courier arrière Schneider Electric 35, rue Joseph Monier CS 30323 92506 Rueil-Malmaison Cedex, France Tel: +33 (0) 1 41 29 70 00 RCS Nanterre 954 503 439 Capital social 896 313 776 € www.schneider-electric.com NRJED111063FR En raison de l’évolution des normes et du matériel, les caractéristiques indiquées par les textes et les images de ce document ne nous engagent qu’après confirmation par nos services. Ce document a été imprimé sur du papier écologique Publication: Schneider Electric Réalisation: Schneider Electric Impression: 12-2011 © 2011 Schneider Electric - Tous droits réservés Le second port optionnel est prévu principalement pour l’accès par modem de réseau commuté des ingénieurs et opérateurs, lorsque le port principal est réservé aux communications vers le SCADA.