Extrait du livre « Les régimes de neutre et les schémas des liaisons

Extrait du livre « Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre » édité par
DUNOD www.dunod.fr
Extrait du livre
« Les régimes de neutre et les schémas
des liaisons à la terre »
Michel LAMBERT
L’essentiel des anomalies rencontrées sur un réseau d’énergie électrique a
pour origine un déséquilibre homopolaire. Le comportement du système
électrique est alors déterminé par le mode de fixation du neutre à la terre.
Un régime de neutre a forcement une histoire. Son choix peut dépendre du
niveau de développement du pays, de sa géographie, de la répartition de sa
population sans oublier les influences économiques ou politiques. En
l’absence d’éléments objectifs de décision, les erreurs peuvent s’avérer
coûteuses.
Dans la vie d’un réseau électrique, l’exploitation du régime de neutre n’est
pas immuable. Parce qu’un réseau vieillit et que son architecture se
transforme nécessairement, l’exploitation des réseaux doit s’ajuster en
permanence en induisant éventuellement l’évolution du régime de neutre.
Un changement de régime de neutre nécessite des interventions coûteuses au
poste source, en réseau et chez les clients. Il nécessite également des
changements dans les pratiques d’exploitation du réseau. Le travail est
énorme.
Lorsqu’il s’agit de communiquer sur les régimes de neutre, il convient d’en
préciser les contours. Le sujet est complexe, il suffit pour s’en convaincre
d’assister aux rencontres d’experts. Pour certains, l’appellation « régime de
neutre » doit être proscrite. Les termes qui doivent être employés sont
« schéma des liaisons à la terre ». Pour d’autres, « régime de neutre » et
« schéma des liaisons à la terre » désignent la même chose. Les exploitants
des réseaux publics évoquent volontiers « le neutre direct à la terre », « le
neutre isolé », « le neutre impédant » et « le neutre compensé ». La littérature
spécialisée pratique le mélange des genres.
Ce livre est le résultat de mes expériences dans les métiers de l’exploitation
des réseaux. Il n’oppose pas les régimes de neutre aux schémas des liaisons à
la terre. Je considère en effet qu’ils sont le manche et la cognée d’un même
outil.
Il est dédié aux exploitants et aux concepteurs des réseaux d’énergie
électrique ainsi qu’aux professeurs et à leurs étudiants. Il traite
essentiellement des ouvrages exploités en haute tension. Les réseaux basse
tension ne sont qu’évoqués car le sujet est largement développé dans les
ouvrages spécialisés. Il existe cependant des liens très forts entre les
principes qui prévalent dans les domaines de la basse et de la haute tension.
L’étude des régimes de neutre conduit nécessairement à s’interroger sur
l’existence d’un bon régime de neutre.
Cet ouvrage est d’abord un travail d’analyse et de réflexion dont le but est
d’éclaircir le fonctionnement d’un réseau soumis à un déséquilibre
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homopolaire. C’est ensuite l’inventaire des dispositions qui doivent être
prises en cohérence avec le choix du régime de neutre.
La première partie définit :
 Les déséquilibres homopolaires.
 Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre.
 Les critères de choix d’un régime de neutre.
La deuxième partie présente les dispositions associées :
 Les dispositifs de mise à la terre d’un neutre.
 Les plans de protections.
 L’exploitation.
Cet ouvrage rassemble les thèmes qui sont développés dans les sessions de
formation que j’ai l’occasion d’animer. Il a donc une connotation
pédagogique. Les calculs et les modèles utilisés font appel aux composantes
symétriques.
Ce livre est l’expression de mes expériences, il n’a surtout pas l’ambition
d’être un document de référence. Les normes et les spécifications
d’entreprises existent pour cela. Les valeurs par défaut des grandeurs
électriques des simulations ont souvent été choisies pour des raisons
pédagogiques ou de simplification. Elles ne devront pas être utilisées dans un
autre contexte.
7.5 Les protections à maximum de puissance
résiduelle
Installés dans les postes, ces relais sont alimentés par le courant et la tension
homopolaire disponibles. Bien évidemment ils sont filtrés aux
harmoniques 3.
Les relais de puissance homopolaire (code ANSI 67N) offrent à la fois une
sensibilité et des conditions de sélectivité satisfaisantes sous réserve de
réaliser un minimum d’étude. Les réglages doivent être coordonnés avec les
caractéristiques de l’impédance homopolaire du réseau. Toutefois, sur les
réseaux présentant peu de capacitif, l’exploitant peut se contenter de régler
cette protection en fonction des caractéristiques du dispositif de mise à la
terre du neutre.
7.5.1 Le raccordement
C’est l’association des raccordements utilisés pour les protections 59 N et
51 N.
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Figure 7.25 – Raccordement d’un relais 67 N.
7.5.3 Le profil des puissances homopolaires
Figure 7.28 – Profil des puissances homopolaires.
Le schéma équivalent permet de comparer les puissances homopolaires en A
et D pour un défaut en D et pour différentes valeurs de ZN :
 ZN = 11,5  + j·36,76 ,
 ZN = 40  + j·6 ,
 ZN = 2,3  + j·12 .
Les caractéristiques du réseau sont les suivantes :
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 quatre groupes en service,
 Vn = 11 610 V,
 la résistance du défaut est fixée à 10 ,
 le capacitif de la ligne D4 est négligeable,
 Xco = j·122 .
3Vo est la tension résiduelle mesurée au point de défaut.
3Vo’ est la tension résiduelle mesurée sur les barres de la centrale.
7.5.6 L’effet directionnel
Un relais de puissance homopolaire doit déclencher pour une puissance
active négative et verrouiller dans le cas d’une puissance active positive. Il
existe donc une zone de déclenchement et une zone de verrouillage. C’est
l’effet directionnel.
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Figure 7.33 – Caractéristique directionnelle.
Le fonctionnement du relais est fixé par la position du vecteur 3IoD4 dans la
zone « déclenchement ».
L’effet directionnel est illustré par la figure 7.34 qui représente un réseau bouclé en défaut. La
mise à la terre du neutre étant réalisée par une inductance de faible valeur, le déphasage
interne des relais de puissance homopolaire est réglé à 45°AV/I. Les sélectivités sont obtenues
par une configuration à temps dépendant et par l’effet directionnel.
Figure 7.34 – Effet directionnel.
Le vecteur référence est 3IoC. Tous les TC sont orientés P1 côté barres.
Les protections installées en A, E, C et G voient le défaut en face car
9P’o < 0. Elles sont orientées au déclenchement. La protection installée en
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« C » agit avant la protection installée en « A » car P’oC>P’oA. Il en est de
même pour les protections installées respectivement en G et E.
Les relais installés en F et B qui voient le défaut dans « le dos » (9Po > 0)
sont verrouillés.
7.5.9 Que faut-il retenir ?
La détection des défauts à la terre par les relais de puissance homopolaire
concilie la sensibilité et la sélectivité. Les constructeurs savent réaliser des
protections offrant une sensibilité supérieure à 1 000  en HTA.
Lorsque le neutre est relié à la terre, le critère de détection des défauts à la
terre le plus pertinent est la puissance active homopolaire sous réserve
d’équiper le réseau d’une impédance de point neutre ayant une
caractéristique résistive. Dans ce cas la sélectivité longitudinale est obtenue
par des temporisations indépendantes.
Si l’impédance de neutre est purement inductive, il existe des possibilités de
traiter la sélectivité longitudinale par des relais à temps inverse
éventuellement combinés avec du temps constant.
Enfin, on peut améliorer la sensibilité de la protection en réglant l’angle
interne du relais de manière à orienter la caractéristique de fonctionnement
en cohérence avec l’argument de l’impédance homopolaire du réseau.
Sur un réseau fonctionnant à neutre isolé et présentant suffisamment de capacitif, on peut
utiliser des relais à maximum de puissance réactive homopolaire pour assurer la
sélectivité transversale. Le principe de fonctionnement est identique au relais de puissance
active homopolaire. Seul change le déphasage interne.
7.6 Les relais de courant directionnel
Ce sont des relais à maximum d’intensité (F50N;F51N) qui intègrent la
fonction directionnelle (F67N). Ils sont utilisés pour pallier à l’insuffisance
de sensibilité des relais à maximum d’intensité sur les départs présentant un
fort capacitif. Si le réglage des relais de puissance active homopolaire est
facile à déterminer 1, la configuration d’un relais directionnel à maximum
d’intensité est plus délicate à réaliser.
7.6.1 Configuration d’un relais à maximum de courant directionnel
La configuration d’un relais directionnel nécessite trois réglages :
 Le seuil de courant résiduel qui doit être défini en fonction de la
sensibilité désirée et du mode d’alimentation du circuit intensité (tore
homopolaire ou sommation des circuits intensités).
 Le seuil de tension résiduelle qui doit être cohérent avec le seuil du
courant et la valeur de l’impédance homopolaire du réseau.
 L’axe de sensibilité optimale qui doit tenir compte de l’argument de
l’impédance homopolaire du réseau.
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On le règle généralement à la valeur minimale pour obtenir la meilleure
sensibilité.
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