(la prot à max de Uo)

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Extrait de l’ouvrage La pratique des régimes de neutre
Le29/09/2008
Les protections voltmétriques homopolaires
(Extrait de l’ouvrage la pratique des régimes de neutre)
Rôle
Elles détectent les défauts à la terre sur les réseaux à neutre isolé, fortement impédant ou
compensé.
Alimentation
On utilise un filtre de tension homopolaire
composé d’un transformateur triphasé à flux
libre ou de trois transformateurs
monophasés couplés en étoile triangle
ouvert sur un relais à Max de Vr.
rV=3V+2V+1V
Le module de la tension résiduelle est le
triple de la tension homopolaire.
oV3=rV
V
V1 V2 V3 N
Principe
Le relais (F59N1) est alimenté par un filtre de tension homopolaire qui effectue la sommation
des tensions simples du réseau. Le réglage du relais s’exprime souvent en pourcentage de Vn
défini par la relation x%= 100
Vn
Vo ×.
A un instant donné, la valeur de la tension homopolaire en un point du réseau, dépend de la
présence d’un déséquilibre homopolaire et des paramètres du réseau tels que:
• Le facteur de mise à la terre du réseau.
• La résistance du défaut ou la puissance déséquilibrée
• Le capacitif homopolaire du réseau.
Le facteur de mise à la terre influe sur le profil de la tension homopolaire
Pour différentes valeurs de « F » et pour Rm = 10 Ω, nous fixons la position du défaut en
« D ». Nous examinons le profil de la tension homopolaire le long de la ligne.
1 Code ANSI

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Extrait de l’ouvrage La pratique des régimes de neutre
Le29/09/2008
Les profils montrent que la détection
voltmétrique est d’autant plus
sélective que le facteur de mise à la
terre est faible.
Pour une inductance de neutre telle
que coX3/1nZ < ,Uo est maximal
à l’endroit du défaut.
Au delà de cette valeur et lorsque le
neutre est physiquement isolé, le
profil de la tension est inversé.
Uo= f(Distance) pour un défaut en D
1000
3000
5000
7000
9000
11000
13000
15000
17000
19000
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance du point de mesure(km)
Tension homopolaire (V)
A
BCD
F = 18
F = 3
Rm = 10 Ω; 3ico = 180 A
Neutre isolé
F = 56,4
Avec une résistance de point neutre,
le profil des tensions homopolaire
dépend également des valeurs
respectives de l’impédance de point
neutre et du capacitif du réseau.
Dans l’exemple ci-contre, on
représente le schéma équivalent d’un
défaut sur un réseau dont le point
neutre est relié à la terre par une
résistance de 50Ω.
2Zd
3Rm
Vn
30
15,84+32j
-192j
150
11547 V
Z'o
ZoL
8,75 +37,8j
1/3 Jdéfaut
DA
On peut transformer Z’o en circuit
série
oLZo'Z o'Z oVo'V +
=
Si oLZo'Zo'Z +< , V’o <Vo
Dans notre exemple 0972,1
oVo'V =
V’o = 9247V et Vo = 8428V.
2Zd
3Rm
Vn
1/3 Jdéfaut
30
15,84+32j
11547 V
Z'o
ZoL
8,75 +37,8j
93,14-72,77j
D A
En conclusion
Quelque soit le type d’impédance de
point neutre, l’allure des profils des
tensions homopolaires dépend du
rapport
oLZo'Z o'Z +
Si oLZo'Zo'Z +< , V’o <Vo
Si oLZo'Zo'Z +> , V’o >Vo
Profil de la tension homopolaire pour différentes valeurs de
la résistance de point neutre
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance du point de mesure (km)
Tension homopolaire (V)
50Ω
40Ω
30Ω
20Ω
3Ico=180A
D
A
BC

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Extrait de l’ouvrage La pratique des régimes de neutre
Le29/09/2008
La résistance du défaut influe sur le profil de la tension homopolaire.
Le facteur de mise à la terre de la source étant fixé à 6, on étudie le profil de la tension
homopolaire pour un capacitif de 180 A.
La sélectivité du profil de la
tension homopolaire le long de
la ligne est d'autant plus faible
que la résistance du défaut est
grande.
Pour Rm=10Ω, ∆U=118V/km.
Pour Rm=100Ω, ∆U=38V/km.
Sur un défaut résistant, la
sélectivité longitudinale est
inexploitable.
Profil dela tension homopolaire pour différentes valeurs de Rm
F= 6; 3Ico=180 A
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 5 10 15 20 25 30 35
Distance (km)
Tension homopolaire(V)
Rm=0
Rm=10Ω
Rm=30Ω
Rm=100Ω
A
B
C D
Le réglage des protections, la sensibilité et la sélectivité.
On simule un défaut en « D », l’impédance de point neutre est fixée à 40 Ω. Le capacitif du
réseau est de 180 A. On relève les tensions homopolaires en « A », « C » et D pour différentes
valeurs de résistance de défaut.
1
10
100
1000
10000
100000
0 10 100 1000 10000
Résistance du défaut
Tension homopolaire au point de mesure
Réglage 3%(3350Ω
ΩΩ
Ω)
Réglage 30% (300Ω
ΩΩ
Ω)
D C A
En « D », un réglage à 3% permet de détecter un défaut de 3175 Ω. Pour ce même réglage, le
relais en A présente une sensibilité de 3350 Ω.
En « A », un réglage à 30% permettrait de détecter un défaut de 300 Ω.
Dans les conditions de la simulation, la protection à maximum de tension homopolaire ne
présente pas une sensibilité suffisante pour détecter les défauts sur un réseau aérien dont le
neutre est relié à la terre par une impédance de faible ou de moyenne valeur.

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Extrait de l’ouvrage La pratique des régimes de neutre
Le29/09/2008
La sensibilité d’une protection à maximum de tension homopolaire est d’autant plus
importante que l’impédance de point neutre est importante.
A l’accord, un réseau à neutre compensé présente une impédance homopolaire Ω= 600nZ .
On examine la sensibilité des protections en « A », « C »et « D »
La sensibilité sensiblement
constante.
Un réglage à 3% peut en
théorie détecter un défaut de
59500 Ω .
Un réglage à 30% offre une
sensibilité de 5400 Ω ..
On constate que les valeurs de
Uo sont constantes quelque
soit la position de la mesure.
1
10
100
1000
10000
100000
0 10 100 1000 10000
Résistance du défaut
Tension homopolaire au point de mesure
A
C D
Réglage 30% (5400Ω
ΩΩ
Ω)
Réglage 3%(59500Ω
ΩΩ
Ω)
En conclusion
L’utilisation des protections à maximum de tension résiduelle ne permet pas de concilier
sélectivité et sensibilité
La détection des défauts à la terre par la tension homopolaire est incompatible avec les
réseaux présentant un faible facteur de mise à la terre. On réserve la détection voltmétrique
aux réseaux fonctionnant à neutre isolé ou avec une impédance de neutre de forte valeur.
La détection voltmétrique des défauts à la terre ne permet pas d’obtenir une sélectivité
transversale ou longitudinale.
Tout en garantissant une sensibilité satisfaisante, les relais à maximum de tension
homopolaire sont généralement réglés de manière à ne pas être sollicité par le bruit du réseau.
Sur les réseaux comportant des lignes aériennes, on réglera le relais tel que 3%≤
≤≤
≤ℜ
ℜℜ
ℜVr ≤
≤≤
≤5% de
manière à obtenir une sensibilité voisine de 15000 Ω (en 20 kV).
Sur les réseaux purement souterrains on se contentera d’un réglage 10%≤
≤≤
≤ℜ
ℜℜ
ℜVr ≤
≤≤
≤30%.
On vérifiera dans tous les cas qu’un tel réglage permet de s’affranchir du bruit du réseau.