Protection différentielle de barres de liaison

Définition de la protection différentielle de barres

La protection différentielle de barres est un système qui isole rapidement les défauts en comparant les courants entrant et sortant de la barre en utilisant la loi des nœuds de Kirchhoff.

Protection différentielle de courant

Le schéma de protection de barres implique la loi des nœuds de Kirchhoff, qui stipule que le courant total entrant dans un nœud électrique est exactement égal au courant total sortant du nœud. Ainsi, le courant total entrant dans une section de barre est égal au courant total sortant de cette section de barre.

Le principe de la protection différentielle de barres est très simple. Ici, les secondaires des TC sont connectés en parallèle. Cela signifie que les bornes S1 de tous les TC sont connectées ensemble pour former un fil de barre. De même, les bornes S2 de tous les TC sont connectées ensemble pour former un autre fil de barre. Un relais de déclenchement est connecté entre ces deux fils de barre.

 Dans le schéma ci-dessus, nous supposons qu'à l'état normal, les alimentations A, B, C, D, E et F transportent les courants IA, IB, IC, ID, IE et IF. Maintenant, selon la loi des nœuds de Kirchhoff,

 Essentiellement, tous les TC utilisés pour la protection différentielle de barres ont le même rapport de courant. Par conséquent, la somme de tous les courants secondaires doit également être égale à zéro.

 Maintenant, disons que le courant à travers le relais connecté en parallèle avec tous les secondaires de TC est iR, et iA, iB, iC, iD, iE et iF sont les courants secondaires. Appliquons maintenant la KCL au nœud X. Selon la KCL au nœud X,

 Il est donc clair qu'en état normal, aucun courant ne circule à travers le relais de déclenchement de la protection de barres. Ce relais est généralement désigné comme le relais 87. Supposons maintenant qu'un défaut se produise sur l'une des alimentations, en dehors de la zone protégée.

Dans ce cas, le courant de défaut passera par le primaire du TC de cette alimentation. Ce courant de défaut est fourni par toutes les autres alimentations connectées à la barre. Ainsi, la partie contribuée du courant de défaut circule à travers le TC correspondant de l'alimentation respective. Par conséquent, en cas de défaut, si nous appliquons la KCL au nœud K, nous obtiendrons toujours, i R = 0

Cela signifie qu'en cas de défaut externe, aucun courant ne circule à travers le relais 87. Considérons maintenant une situation où un défaut se produit sur la barre elle-même. Dans cette condition, le courant de défaut est également fourni par toutes les alimentations connectées à la barre. Par conséquent, dans cette condition, la somme de tous les courants de défaut contribués est égale au courant de défaut total.

Maintenant, sur le chemin de défaut, il n'y a pas de TC. (en cas de défaut externe, le courant de défaut et le courant contribué au défaut par différentes alimentations ont un TC dans leur chemin de circulation). La somme de tous les courants secondaires n'est plus nulle. Elle est égale à l'équivalent secondaire du courant de défaut. Maintenant, si nous appliquons la KCL aux nœuds, nous obtiendrons une valeur non nulle de i R.

 Dans cette condition, le courant commence à circuler à travers le relais 87 et il fait sauter le disjoncteur correspondant à toutes les alimentations connectées à cette section de la barre.

Comme toutes les alimentations entrantes et sortantes, connectées à cette section de la barre, sont coupées, la barre devient inerte. Ce schéma de protection différentielle de barres est également appelé protection différentielle de courant de barres.

Protection de barres sectionnées

Lors de l'explication du principe de fonctionnement de la protection différentielle de courant de barres, nous avons montré une barre non sectionnée simple. Mais dans les systèmes de tension moyenne à haute, la barre électrique est sectionnée en plusieurs sections pour augmenter la stabilité du système.

Cela est fait car, un défaut dans une section de la barre ne doit pas perturber les autres sections du système. Ainsi, en cas de défaut de la barre, l'ensemble de la barre serait interrompu. Traçons et discutons de la protection d'une barre avec deux sections.

Ici, la section A de la barre ou la zone A est délimitée par les TC 1, TC2 et TC3, où TC1 et TC2 sont des TC d'alimentation et TC3 est un TC de barre.

Protection différentielle de tension

Le schéma de protection différentielle de courant est sensible uniquement lorsque les TC ne sont pas saturés et maintiennent le même rapport de courant, erreur de phase sous conditions de défaut maximales. Ceci n'est généralement pas le cas, en particulier en cas de défaut externe sur l'une des alimentations. Le TC sur l'alimentation défectueuse peut être saturé par le courant total et, par conséquent, aura de grandes erreurs. En raison de cette grande erreur, la somme des courants secondaires de tous les TC dans une zone particulière peut ne pas être nulle.

 Il y a donc une forte probabilité de déclenchement de tous les disjoncteurs associés à cette zone de protection, même en cas de grand défaut externe. Pour prévenir ce dysfonctionnement de la protection différentielle de courant de barres, les relais 87 sont dotés d'un courant de saisie élevé et d'un délai suffisant. La cause la plus problématique de la saturation des transformateurs de courant est la composante continue transitoire du courant de court-circuit.

Ces difficultés peuvent être surmontées en utilisant des TC à noyau d'air. Ce transformateur de courant est également appelé couplage linéaire. Comme le noyau du TC n'utilise pas de fer, la caractéristique secondaire de ces TC est une ligne droite. Dans la protection différentielle de tension de barres, les TC de toutes les alimentations entrantes et sortantes sont connectés en série au lieu de les connecter en parallèle.

Les secondaires de tous les TC et le relais différentiel forment une boucle fermée. Si la polarité de tous les TC est correctement ajustée, la somme des tensions à travers tous les secondaires de TC est nulle. Il n'y aurait donc pas de tension résultante à travers le relais différentiel. Lorsqu'un défaut de barre se produit, la somme de toutes les tensions secondaires de TC n'est plus nulle. Par conséquent, il y aurait un courant circulant dans la boucle en raison de la tension résultante. 

Comme ce courant de boucle circule également à travers le relais différentiel, le relais est activé pour faire sauter tous les disjoncteurs associés à la zone de barre protégée. Sauf lorsque le courant de défaut à la terre est sévèrement limité par l'impédance neutre, il n'y a généralement pas de problème de sélectivité. Lorsque un tel problème existe, il est résolu par l'utilisation d'un équipement de relais supplémentaire plus sensible, y compris un relais de protection supervisant.

Importance de l'isolement sélectif

Les systèmes modernes nécessitent d'isoler uniquement les sections défectueuses pour minimiser les interruptions de puissance et assurer un dégagement rapide des défauts.