Chapitre IV Simulation et Résultats IV.1. Introduction Ce chapitre est consacré à la simulation des différents types de sélectivité : la sélectivité ampérométrique, la sélectivité chronométrique et la sélectivité logique à câble pilot et la sélectivité logique à CPL. Pour donner un aperçu sur les avantages et inconvénients de chaque sélectivité nous avons étudié un exemple de réseau électrique à deux niveaux de protections. Egalement un exemple à quatre niveaux de protections à sélectivité logique à câble pilot et sélectivité chronométrique été traité. L’environnement de simulation étant le programme Simulink de Matlab. Dans cet étude nous traitons les exemples parfois avec teste de défaut et d'autres fois avec défaut de défaillance de disjoncteur. IV.2. Protection à max de courant Schéma de principe. La Figure IV.1 est représenté schéma synoptique d'une de protection à max de courant. TC Disjoncteur Ligne I> Relais Figure IV.1. Schéma de principe d'une protection à max de courant. Simulation de la protection à max de courant La Figure IV.2 est montre le schéma de simulation de la protection à max de courant. Figure IV.2. Schéma de simulation du relais. 54 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.3. Description de l’exemple d’étude Soit le réseau électrique triphasé à deux niveaux des protections A et B (Figure IV.3). Tels que : Source : Vs = 220 v , f = 50 Hz , Rs = 1.5 Ω , Ls = 10-4 H . Lignes : Rl = 5 Ω , Ll = 10-5 H. Charges (1 et 2) : Rch = 50 Ω , Lch = 10-4 H. 1 et 2 : défauts de court-circuit. Relais à maximum de courant : IdA, IdB : seuils de déclenchement des relais A et B. tdA, tdB : temporisations des relais A et B. Dans le cas d’un fonctionnement normal (sans défaut) on a les courants suivants : IAeff = 5.604 A et IBeff = 2.668A. Source RS IA LS A IdA tdA TC I> 1 JB 1 R1 Ich1 Charge 1 IB L1 B IdB tdB I> 2 JB 2 Ich2 Charge 2 Figure IV.3. Exemple d’étude. 55 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.4. Résultats de la simulation IV.4.1. Simulation du réseau en état sain 10 8 6 IA=f(t) 4 IA(A) 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.16 0.18 0.2 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.4. Courant du disjoncteur A. 250 200 150 100 VA(V) 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 t(s) Figure IV.5. Tension du disjoncteur A. 5 4 3 Ich1=f(t) 2 Ich1(I) 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 t(s) Figure IV.6. Courant de la charge1 (Ich1). 56 Chapitre IV Simulation et Résultats 5 4 3 IB=f(t) 2 IB(A) 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.7. Courant du disjoncteur B. 250 200 150 VB=f(t) 100 VB(V) 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.8. Tension du disjoncteur B. 5 4 3 Ich2=f(t) 2 Ich2(A) 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 t(s) Figure IV.9. Courant de la charge 2 (Ich2). 57 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.4.2. Simulation de la sélectivité ampérométrique Dans ce type de sélectivité, les seuls seuils de déclenchement des protections constituent les paramètres à régler. Réglage de IdA (seuil du relais A) : La formule utilisée est: IdA= 0.8 * ICCAmin. Avec IccAmin est le courant de CC établi suite à l’apparition du défaut 1 . Alors : ICCAmin = 27.8 A. Soit : IdA = 22.24 A. De même : IdB = 0.8 * ICCBmin . On considère le défaut 2 , on trouve : ICCBmin = 23.29 A. Et le seuil du relais B est IdB = 18.63 A. On constate que IdB < IdA. En effet, cette dernière inégalité constitue la caractéristique principale d’une protection à sélectivité ampérométrique. Le schéma de simulation réalisé sous Simulink de Matlab est montré sur la Figure IV.10. Source RS IA LS A IdA TC I> 1 JB 1 Ich1 R1 Charge 1 IB L1 B IdB 2 I> JB 2 Ich2 Charge 2 Figure IV.10. Sélectivité ampérométrique. 58 Chapitre IV Simulation et Résultats Ich1 To Workspace1 Continuous powe rgui Scope2 + i - charge1 TC2 Scope1 Scope3 In1 In1 Out1 Out1 Conn1 Conn1 relais A I> source relais B I> A c 1 1 2 + i - B ligne 1 c 1 TC1 2 c 1 2 c 1 2 c 1 2 c 1 2 + i - 2 charge2 TC3 disjoncteur B disjoncteur A Timer t m 1 2 Ideal Switch To Workspace2 Clock g Figure IV.11. Schéma de simulation de la sélectivité ampérométrique pour un réseau a deux niveaux de protection. IV.4.2.1. Simulation avec la présence du défaut 1 200 150 100 IA(A) 50 IA=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.12. Courant du disjoncteur A avec le défaut 1 . 250 200 150 100 VA(V) 50 VA=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.13. Tension du disjoncteur A avec le défaut 1 . 59 Chapitre IV Simulation et Résultats 5 4 3 2 Ich1(A) 1 Ich1=f(t) 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.14. Courant de la charge 1(Ich1) avec le défaut 1 . 5 4 3 2 IB(A) 1 IB=f(t) 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.15. Courant du disjoncteur B avec le défaut 1 . 250 200 150 100 VB(V) 50 VB=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.16. Tension du disjoncteur B avec le défaut 1 . 60 Chapitre IV Simulation et Résultats 5 4 3 2 Ich2=(A) 1 Ich2=f(t) 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.17. Courant de la charge 2(Ich2) avec le défaut 1 . . 40 30 20 10 IA(A) IA=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.18. Courant du disjoncteur A avec le défaut 2 . 250 200 150 VA=f(t) 100 VA(V) 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.19. Tension du disjoncteur A avec le défaut 2 . 61 Chapitre IV Simulation et Résultats 5 4 3 Ich1=f(t) 2 Ich1(A) 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.20. Courant de la charge 1(Ich1) avec le défaut 2 . 40 30 20 IB(A) 10 IB=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.21. Courant du disjoncteur B avec le défaut 2 . 250 200 150 100 VB(V) 50 VB=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.22. Tension du disjoncteur B avec le défaut 2 . 62 Chapitre IV Simulation et Résultats 40 30 20 10 Ich2(A) Ich2=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.23. Courant de la charge 2(Ich2) avec le défaut 2 . IV.4.2.3. Simulation de deux cas particuliers Premier cas : dans cette simulation on considère le défaut 2 mais avec défaillance du disjoncteur B. L’objet de cette étude consiste à vérifier la fonction secours des protections. 40 30 20 10 IA(A) IA=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.24. Courant du disjoncteur A (défaillance de B). 40 30 20 10 IB(A) IB=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.25. Courant du disjoncteur B (défaillance de B). . 63 Chapitre IV Simulation et Résultats Deuxième cas : dans cette simulation on considère le défaut 2 mais avec seuils de déclenchement de A et B de valeurs proches. L’objet de cette étude consiste à vérifier la sélectivité des protections. 40 30 20 10 IA(A) IA=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.26. Courant IA dans le cas de disjoncteur B est dans l’état normal. 40 30 20 10 IB(A) IB=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.27. Courant IB dans le cas de disjoncteur B est dans l’état normal. IV.4.2.4. Interprétations des résultats Avec défaut 1 Le défaut 1 est vu par le disjoncteur A. D’après les figures, on remarque que le courant IA dépasse le seuil de déclenchement. Le relais A détecte la différente de courant entre le courant de défaut et le courant de seuil ( Icc1 > IdA ), alors le relais envoi un ordre pour l’action du disjoncteur afin d’isoler le défaut (élimination du courant de court-circuit). Avec défaut 2 Le défaut est vu par les disjoncteurs A et B. 64 Chapitre IV Simulation et Résultats Le relais A détecte le courant IA de défaut de court- circuit dans le temps 0.05s, mais ce relais ne donne pas un ordre de déclenchement, après une courte durée le système au point A retourne dans l’état normale (continuité de service pour la charge 1). Par contre le relais B détecte le courant de défaut ( Icc2 > IdB ), ensuite il envoi un ordre de déclenchement au disjoncteur B (défaut isolé). IdA Charge 2 Charge 1 Ich1 I> Source JB 2 JB 1 IA 1 Ich2 B IB 2 A Icc1 I> IdB <≥ > Figure IV.28. Courant du défaut 1 . Icc1 IdA Charge 2 Charge 1 Ich1 I> > Source JB 2 JB 1 IA 1 B IB Ich2 2 A Icc2 Icc2 Icc2 IdB I> > Figure IV.29. Courant du défaut 2 . Premier cas particulier : (défaut 2 + défaillance du disjoncteur B) Dans cette simulation, on remarque que le disjoncteur A représente un disjoncteur de secours pour le disjoncteur B. Donc la fonction secours de la sélectivité ampérométrique est bien vérifiée. Deuxième cas particulier : (Seuils de valeurs proches de A et B) Si le seuil de coupure du disjoncteur A est petite et proche du seuil de A, alors le disjoncteur A et B coupent en même temps. IV.4.3. Simulation de la sélectivité chronométrique La sélectivité chronométrique consiste à donner des réglages sur les temporisations. Soit : tdB < tdA , tdA = tdB + Δt. 65 Chapitre IV Simulation et Résultats On prend par exemple :Δt = 0,04s tdB = 0,04s. (Temps de déclenchement du disjoncteur B). alors :tdA = 0,08s. (Temps de déclenchement du disjoncteur A). Le schéma de simulation réalisé sous Simulink de Matlab est montré sur la figure suivante. Source RS IA LS A tdA TC I> JB 1 1 Ich1 R1 Charge 1 IB L1 B 2 tdB I> JB 2 Ich2 Charge 2 Figure IV.30. Sélectivité chronométrique. Le schéma de simulation réalisé sous Simulink de Matlab est montré sur la figure suivante. Ich1 To Workspace1 Continuous powergui Scope2 + i - charge1 TC2 Scope1 Scope3 In1 In1 Out1 source Out1 Conn1 Conn1 relais A I ) tdA relais B I ) tdB A 1 B ligne c 1 2 c 1 2 c 1 2 disjoncteur A charge2 i - c 1 2 TC1 c 1 2 c 1 2 + + i - TC3 disjoncteur B Timer t Clock To Workspace2 g m 1 2 Ideal Switch Figure IV.31. Schéma représente la simulation de la sélectivité chronométrique pour un réseau à deux niveaux. 66 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.4.3.1. Simulation avec la présence du défaut 1 200 150 100 50 IA(A) IA=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.32. Courant de disjoncteur A avec le défaut 1 . 250 200 150 100 50 VA(A) VA=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.18 0.2 t(s) Figure IV.33. Tension de disjoncteur A avec le défaut 1 . 8 6 4 Ich1(A) 2 Ich1=f(t) 0 -2 -4 -6 -8 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 t(s) Figure IV.34. Courant de charge 1(Ich1) avec le défaut 1 . 67 Chapitre IV Simulation et Résultats 6 4 IB(A) 2 IB=f(t) 0 -2 -4 -6 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.18 0.2 0.18 0.2 t(s) Figure IV.35. Courant de disjoncteur B avec le défaut 1 . 250 200 150 100 50 VB(V) VB=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 t(s) Figure IV.36. Tension de disjoncteur B avec le défaut 1 . 6 4 Ich2(A) 2 Ich2=f(t) 0 -2 -4 -6 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 t(s) Figure IV.37. Courant de charge 2(Ich2) avec le défaut 1 . 68 Chapitre IV Simulation et Résultats IV4.3.2. Simulation avec la présence du défaut 2 IA=f(t) 40 30 20 IA(A) 10 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.18 0.2 0.18 0.2 t(s) Figure IV.38. Courant de disjoncteur A avec le défaut 2 . 250 200 150 100 50 VA(A) VA=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 t(s) Figure IV.39. Tension de disjoncteur A avec le défaut 2 . 5 4 3 2 Ich1=f(t) Ich1(A) 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 t(s) Figure IV.40. Courant de charge 1(Ich1) avec le défaut 2 . 69 Chapitre IV Simulation et Résultats 40 30 20 IB=f(t) IB(A) 10 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.41. Courant de disjoncteur B avec le défaut 2 . 250 200 150 100 VB(V) 50 VB=f(t) 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.42. Tension de disjoncteur B avec le défaut 2 . 40 30 20 Ich2(A) 10 Ich2=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.43. Courant de charge 2(Ich1) avec le défaut 2 . 70 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.4.3.3. Simulation du défaut 2 avec défaillance du disjoncteur B 40 30 20 IA=f(t) IA(A) 10 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.44. Courbe de courant IA de disjoncteur A dans le cas de disjoncteur B. 40 30 20 10 IB(A) IB=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.45. Courbe de courant IB de disjoncteur B dans le cas de disjoncteur B. IV.4.3.4. Interprétations des résultats Avec défaut 1 : Le défaut est vu par le disjoncteur A. D’après les figures, on remarque que le courant IA dépasse le seuil, alors élimination du courant de défaut après un temps tdA (temporisation du disjoncteur A). Avec défaut 2 : Le défaut 2 est vu par les disjoncteurs A et B. 71 Chapitre IV Simulation et Résultats Le relais A détecte le courant de défaut (IccB > IA), mais le temps de défaut est court par rapport à la temporisation du relais A (tdA), et le système retourne à l’état normale au niveau de la charge 1 (continuité de service pour la charge 1). Pour le relais B on a Icc2 > IdB, alors le relais B envoi un ordre de coupure vers le disjoncteur B dans le temps tdB pour éliminer le défaut. tdA I> > Source JB 2 JB 1 Charge 2 Charge 1 Ich1 IA 1 Ich2 B IB A 2 Icc1 I> Icc1 tdB Figure IV.46. Sélectivité ampérométrique pour le défaut 1 . JB 1 tdA I> Source JB 2 Charge 2 Charge 1 Ich1 IA 1 B Ich2 IB 2 A Icc2 Icc2 I> ~ I t ~ Figure ~ IV.47. Sélectivité ampérométrique pour le défaut cc2 dB 2 . Défaut 2 et défaillance du disjoncteur B : Dans ce cas le disjoncteur A représente une protection secours pour le disjoncteur B, mais le temps de coupure est considérable et peut constituer un danger pour les éléments de la partie B. IV.4.4. Simulation de la sélectivité logique à câble pilote Relais logique Entrées SCC Relais logique Sar SD Sorties Sae Figure IV.48. Schéma de principe d'un relais logique. 72 Chapitre IV Simulation et Résultats Tableau de vérité de base de la sélectivité logique : Sar SCC SDr SD Sae 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 Sae: signal d’attente logique envoyé, 0 1 0 1 1 SD: signal du disjoncteur, 0 1 1 1 1 SDr: Sar×Δt. 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 SCC: signal de court-circuit, Sar : signal d’attente logique reçu, Tableau IV.1. Table de vérité de la sélectivité logique. D'une autre part on a la fonction logique: SD= SDr + (SCC × Sar) Sae= SDr + SCC + Sar Figure IV.49. Schéma simulink du relais logique. On prend les seuils des disjoncteurs A et B comme suite : IdA = 22.24 A IdB = 18.63 A La même temporisation : tdA = tdB. On réalise le défaut 2 d’une manière que de disjoncteur B ne fonctionné pas. 73 Chapitre IV Simulation et Résultats Source ~R ~L ~ A S IA S IdA TC I> Fil d’attente logique logique JB 1 Ich1 R1 Charge 1 IB L1 B IdB 2 I> JB 2 Ich2 Charge 2 Figure IV.50. Sélectivité logique. Le schéma de simulation réalisé sous Simulink de Matlab est montré sur la figure suivante. Ich1 To Workspace1 Continuous powergui Scope2 + i - charge1 TC2 Scope1 In1 In1 Out1 source Out1 Conn1 Conn1 relais A I> relais B I> A c 1 1 B ligne 2 i - c 1 TC1 2 2 + Scope3 c 1 2 c 1 c 1 2 c 1 2 + i - 2 charge2 TC3 disjoncteur B disjoncteur A Subsystem6 Sd Scc Sd Scc Sae Sar t Clock To Workspace2 Sae Sar Fil d'attente logique 0 Constant1 Timer g m 1 2 Ideal Switch Figure IV.51. Schéma représente la simulation de la sélectivité logique pour un réseau a deux niveaux. 74 Chapitre IV Simulation et Résultats 40 30 20 10 IA(A) IA=f(t) 0 -10 -20 -30 -40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t(s) Figure IV.52. Courant IdA, dans le cas où le disjoncteur B ne fonctionne pas. Le défaut est vu par les disjoncteurs A et B. On remarque que le défaut est annulé dans un temps très faible, le relais B émet un ordre d’attente logique vers le relais A et le disjoncteur B or service alors le disjoncteur A est déclenché. Pour la même situation, on remarque la rapidité de la sélectivité logique par rapport à la sélectivité chronométrique. Cette rapidité est due à la connexion entre les relais A et B par fil d’attente logique (fil pilote). IV.4.5. Simulation de la sélectivité logique à CPL Dans ce cas là, nous remplaçons le câble pilot par le système de CPL dans la sélectivité logique c'est pourquoi nous faisons l'étude qui suite: Charge1 Vs disjoncteur A Source c 1 2 c 1 disjoncteur B TC Ligne c 1 2 2 c 1 2 2 c 1 2 + i - 1 c 1 TC + i - 1 Charge2 Out1 In1 In1 Out2 Out1 In2 Subsystem2 RECEPTEUR Subsystem1 coupleur coupleur EMETTEUR Timer g m 1 2 HF Figure IV.53. Schéma de simulation d'un réseau électrique triphasé à deux niveaux de protection de la sélectivité logique à CPL. 75 Chapitre IV Simulation et Résultats L'émetteur et le récepteur des coupleurs sont présentés dans la Figure.IV.54, et Figure.IV.55, respectivement. Ct=1.013µF, Lt=10-5H, F =50 KHZ Lr=10-4 H ,Cr=10-6 µF, Rr=15Ω. Figure IV.54. Coupleur émetteur de signal de CPL. Figure IV.55. Coupleur de récepteur de signal de CPL. IV.4.5.1 réseau sans défauts Protection B n'est pas affecté, donc le relais logique de protection B ne transmet pas un signal d'attente logique à la protection de A. Dans ce cas, un fonctionnement normal du réseau se produit, les flux courant de la source à la charge. Les résultats de la simulation de ce cas sont présentés dans la figure ci- après. 300 10 8 200 6 4 100 I1a U1na 2 0 0 -2 -100 -4 -6 -200 -8 -300 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.56. Tension du disjoncteur A. -10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.57. Courant du disjoncteur A. 300 5 4 200 3 2 100 I1b U1nb 1 0 0 -1 -100 -2 -3 -200 -4 -300 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 Figure IV.58. Tension du disjoncteur B. 0.16 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.59. Courant du disjoncteur B. 76 Chapitre IV Simulation et Résultats 10 10 5 zoom Ut Ut 5 0 -5 -5 -10 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 -10 3.36 0.16 3.38 3.4 3.42 3.44 3.46 t 3.48 3.5 3.52 3.54 3.56 -3 x 10 Figure IV.60. Signal HF transmit au réseau. 10 8 6 2 4 Ur 2 1 Uca 0 -2 0 -4 -6 -8 -10 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 0 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.62. Signal de commande de disjoncteur A. Figure IV.61. Signal HF reçu. 2 1 1 Ual Ucb 2 0 -1 0.02 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.63. Signal de commande de disjoncteur B. -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.64. Signal de l’attente logique envoyée de B vers A. IV.4.5.2 Avec défaut 1 En cas de défaut apparaît dans 1 , un courant de défaut à travers les deux protections A et B. Par conséquent, les protections A et B sont informés de cette faille. Dans ce cas, le relais de protection B envoie deux signaux logiques; un signal de déclenchement à son disjoncteur et un signal d'attente logique à la protection A. Le disjoncteur B s'ouvre après sa tB temps de retard avant que la protection sera active. Sachant que la protection A est verrouillé par le signal d'attente logique. Les résultats de la simulation de ce cas se sont présentés dans la figure suivante. 77 Chapitre IV Simulation et Résultats 200 80 100 60 I1a 100 U1na 300 0 40 -100 20 -200 0 -300 -20 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.65. Tension du disjoncteur A. 80 100 60 I1b 200 U1nb 100 0 20 -200 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 -20 0.16 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 -2 -4 -4 -6 -6 -8 -8 -10 -10 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 0 -2 0.02 0.06 Figure IV.68. Courant du disjoncteur B. Ur Ut Figure IV.67. Tension du disjoncteur B 10 0 0.04 40 -100 0 0.02 Figure IV.66. Courant du disjoncteur A 300 -300 0 0.16 0 0.02 Figure IV.69. Signal HF transmit au réseau. 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.70. Signal HF reçu. 2 2 1 1 Ucb Uca 0.04 0 -1 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 Figure IV.71. Signal de commande de disjoncteur A. 0.16 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.72. Signal de commande de disjoncteur B. 78 Chapitre IV Simulation et Résultats 2 Ual 1 0 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.73. Signal de l’attente logique envoyé de B vers A. IV.4.5.3. Avec défaut 1 et le disjoncteur B défaillance : Nous considérons maintenant qu'un défaut apparaît au point 1 dont la protection B est en panne. Comme dans le cas précédent, le courant de défaut traverse les deux protections A et B. Par conséquent, le relais de la protection B envoie deux signaux logiques; un signal de déclenchement à son disjoncteur et de signal d'attente logique à la protection A. Parce que la protection de B se décompose, son disjoncteur ne s'ouvre pas et pour cette raison, le signal d'attente logique se renvoie. Le disjoncteur A s'ouvre après son délai tA + tal (tal est le temps d'attente de la protection A avant son activation). Les résultats de la simulation de ce cas se 250 100 200 80 150 60 100 40 50 20 I1a U1na sont présentés dans les figures suivantes. 0 0 -50 -20 -100 -40 -150 -60 -200 -80 -250 -100 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.74. Tension du disjoncteur A. 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.75. Courant du disjoncteur A. 100 300 80 200 60 40 20 I1b U1nb 100 0 0 -20 -100 -40 -60 -200 -80 -300 -100 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 Figure IV.76. Tension du disjoncteur B. 0.16 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.77. Courant du disjoncteur B. 79 Chapitre IV Simulation et Résultats 8 8 6 6 4 4 2 2 Ur 10 Ut 10 0 0 -2 -2 -4 -4 -6 -6 -8 -8 -10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 -10 0.16 0 0.02 Figure IV.78. Signal HF transmit au réseau. 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.79. Signal HF reçu. 2 2 1 1 Ucb Uca 0.04 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 -1 0.16 0 0.02 Figure IV.80. Signal de commande de disjoncteur A. 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.81. Signal de commande de disjoncteur B. 2 1 Ual -1 0 0 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t 0.1 0.12 0.14 0.16 Figure IV.82. Signale de l’attente logique envoyée de B vers A. IV.4.5.4. Mesure de l'atténuation HF L'équation d'atténuation de signal HF est représentée comme étant le rapport du signal haute fréquence reçu (Ur) de la protection d'un signal à haute fréquence transmis (Ut) de la protection B [23]: U Av (dB) 20 log r Ut (IV.1) Les caractéristiques d'atténuation du signal par rapport résistance de ligne, l'inductance de ligne et de la variation de fréquence sont présentés dans la Figure IV.83, Figure IV.84, et Figure IV.85, respectivement. 80 Chapitre IV Simulation et Résultats -2 Av=f(R) -3 -4 Av -5 -6 -7 -8 -9 0 1 2 3 4 R(Ω) 5 6 Figure IV.83. L'atténuation du signal HF par rapport variation de la résistance de ligne. 0 Av=f(L) -20 -40 -60 Av -80 -100 -120 -140 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 L(H) Figure IV.84. L’atténuation du signal par rapport variation de l'inductance de ligne. 0 Av=f(F) -10 -20 Av -30 -40 -50 -60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 F(Hz) 3 3.5 4 4.5 5 6 x 10 Figure IV.85. L'atténuation du signal HF par rapport variation de fréquence. 81 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5. Description de l’exemple d’étude IV.5.1. Sélectivité chronométrique d’un système de protection à quatre niveaux Soit le réseau électrique triphasé à quatre niveaux des protections A et B et Cet D (Figure IV.86). Tels que : Source : Vs = 220V ; RS = 0.3Ω ; LS = 10-5 H. Lignes : Ligne 1 : R1 = 0.5 Ω ; L1 = 10-5 H ; Charges: Rch1 = Rch2= 50Ω ; Lch1 = Lch2 =10-4 H. Le relais comporte : Un comparateur : pour comparer le courant mesuré et le seuil de coupure, Triggered subsystem. Seuil de courant : est le seuil de coupure du disjoncteur Source ~A ~ TC ~ IA IdA tdA I> JB 1 IdB1 tdB1 B TC I> 1 I> IdB2 tdB2 Ich1 R IC Charge 1 L IdC tdC I> IdD1 tdD1 I> JB 2 I> IdD2 tdD2 Ich2 Charge 22 Charge 21 Figure IV.86. Système à sélectivité chronométrique à quatre niveaux. 82 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.1.1 Simulation sans défaut 15 Courant IA(A) tension VA(V) 300 150 0 -150 -300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 Courant IB1(A) tension VB1(V) 0 -150 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IB2(A) tension VB2(V) 150 0 -150 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 Courant IC(A) tension VC(V) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 5 0 -5 -10 150 50 -50 -150 -250 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID1(A) 250 150 50 -50 -150 -250 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID2(A) 250 150 50 -50 -150 -250 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 5 0 -5 -10 0 0.4 250 tension VD1(V) -10 10 300 tension VD2(V) 0 -5 10 150 -300 5 -15 0.4 300 -300 10 0.4 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Figure IV.87. Tensions et courants des disjoncteurs A, B1,B2,C,D1 et D2.sans défaut. 83 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.1.2. Simulation du défaut 1 du disjoncteur B1 300 1000 750 500 250 0 -250 -500 -750 -1000 Courant IA(A) tension VA(V) 200 100 0 -100 -200 -300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) tension VB1(V) 300 100 0 -100 -200 -300 1000 750 500 250 0 -250 -500 -750 -1000 Courant IB1(A) 200 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) tension VB2(V) 300 100 0 -100 -200 -300 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 Courant IB2(A) 200 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) Courant IC(A) 150 50 -50 -150 0 tension VD1(V) 150 50 -50 -150 0 tension VD2(V) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 150 50 -50 -150 0 0 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 250 -250 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 250 -250 0 Courant ID1(A) -250 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) Courant ID2(A) tension VC(V) 250 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.1 0.2 0.3 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.4 0.5 0.6 0.7 t (s) Figure. IV.88. Tensions et courants des disjoncteurs A, B1,B2,C,D1 et D2.avec défaut 1 du disjoncteur B1. 84 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.1.3. Simulation du défaut 1 avec défaillance du disjoncteur B1 100 0 -100 -200 -300 tension VB1(V) Courant IA(A) 200 300 200 100 0 -100 -200 -300 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) Courant IB1(A) tension VA(V) 300 Courant IB2(A) 200 100 0 -100 -200 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) Courant ID1(A) 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 Courant IC(A) -300 Courant ID2(A) tension VD2(V) tension VD1(V) tension VC(V) tension VB2(V) 300 0 0.1 0.2 0.3 0.4 t (s) 0.5 0.6 0.7 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 t (s) 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 0.1 0.2 0.3 t (s) 0.4 0.5 0.6 Figure IV.89. Tensions et courants des disjoncteurs A, B1,B2,C,D1 et D2.avec défaut 1 avec défaillance du disjoncteur B1. 85 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.2. Sélectivité logique à câble pilot d’un système de protection à quatre niveaux La Figure .IV.90 représente un schéma globale d'un réseau électrique identique à la précédente, protégée par la sélectivité logique à câble pilote. Source ~A ~ ~ IA IdA TC I> JB 1 IdB1 I> Fil d’attente logique IdC B TC 1 I> Ich1 R IC IdB2 tdB2 Charge 1 L C I> JB 2 IdD1 tDd1 D I> I> IdD2 tdD2 Ich2 Charge 22 Charge 21 Figure IV.90. Système à sélectivité logique à quatre niveaux de protection. 86 Simulation et Résultats Chapitre IV Le schéma de simulation réalisé sous Simulink de Matlab est montré sur la figure suivante. Continuous pow ergui 1 Clock source t To Workspace 2 A c 1 2 2 c 1 c 1 In2 In1 Disjoncteur A Out1 Out2 Conn1 Subsystem5 L i - TC + OR c 1 c 1 2 2 2 B1 c 1 In1 Disjoncteur B1 Out1 In2 Out2 Conn1 Subsystem2 c 1 c 1 2 2 2 B2 c 1 In1 Disjoncteur B2 Out1 Out2 Conn1 Subsystem + i - + i - Ligne charge1 Timer1 c 1 c 1 2 2 2 C c 1 Conn1 In2 In1 Disjoncteur C Out1 Out2 g 2 m Ideal Switch 1 fil pilote (attante logique) Subsystem1 1 + i - L1 OR fil pilote (attante logique) c 1 c 1 2 2 2 D1 c 1 In1 Disjoncteur D1 Out1 Out2 Conn1 Subsystem2 c 1 c 1 2 2 2 D2 c 1 Out1 Conn1 In1 Disjoncteur D2 Out2 Subsystem2 + i - + i - charg21 charg22 Figure IV.91. Schéma de la simulation de la sélectivité logique à câble pilote d’un réseau triphasé à quatre niveaux de protection. 87 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.2.2. Simulation du défaut 1 du disjoncteur B1 100 0 -100 -200 -300 tension VB1(V) Courant IA(A) 200 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 300 200 100 0 -100 -200 -300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IB1(A) tension VA(V) 300 Courant IB2(A) 200 100 0 -100 -200 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IC(A) 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID1(A) -300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID2(A) tension VD2(V) tension VD1(V) tension VC(V) tension VB2(V) 300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Figure IV.92. Tensions et courants des disjoncteurs A, B1,B2,C,D1 et D2.avec défaut 1 du disjoncteur B1. 88 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.5.2.3. Simulation du défaut 1 avec défaillance du disjoncteur B1 100 0 -100 -200 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IB1(A) 100 0 -100 -200 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IB2(A) 300 200 100 0 -100 -200 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant IC(A) tension VB2(V) 0.1 200 -300 tension VC(V) 0.05 300 -300 tension VD1(V) 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID1(A) tension VB1(V) -300 tension VD2(V) Courant IA(A) 200 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Courant ID2(A) tension VA(V) 300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 t (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Figure IV.93. Tensions et courants des disjoncteurs A, B1,B2,C,D1 et D2.avec défaut 1 avec défaillance du disjoncteur B1. 89 Chapitre IV Simulation et Résultats IV.6. Conclusion Dans ce chapitre nous avons traité la simulation sous Simulink/Matlab des différents types de sélectivité des protections. En essayant deux exemples, le premier considère un réseau à deux niveaux de protection et le deuxième concerne d’un réseau à quatre niveaux de protections. D’après les résultats que nous avons gagnés, nous remarquons que la sélectivité logique à câble pilote et la sélectivité logique à CPL est très efficace en termes de continuité de service, la fonction secours et la rapidité à l’élimination des défauts. Les résultats de la simulation numérique montrent que la sélectivité logique soit avantageuse par rapport à la sélective chronométrique en terme du temps de réponse c-à-d que le temps de coupure du courant est plus court dans la sélectivité logique. 90