Systèmes de Protection des Transformateurs : Protection par Gaz Courant de Défaut et Conception du Relais Différentiel

Pour les défauts de court-circuit sur les câbles de sortie, les embases et les composants internes des transformateurs, des dispositifs de protection appropriés doivent être installés et doivent respecter les dispositions suivantes :

• Les transformateurs d'une capacité de 10 MVA ou plus fonctionnant individuellement, ainsi que les transformateurs d'une capacité de 6,3 MVA ou plus fonctionnant en parallèle, doivent être équipés d'une protection différentielle pilotée. Les transformateurs importants d'une capacité de 6,3 MVA ou moins fonctionnant individuellement peuvent également être équipés d'une protection différentielle pilotée.

• Les transformateurs de moins de 10 MVA peuvent être équipés d'une protection contre les surintensités instantanées et d'une protection contre les surintensités. Pour les transformateurs de 2 MVA et plus, si le facteur de sensibilité de la protection contre les surintensités instantanées ne répond pas aux exigences, il est recommandé d'utiliser une protection différentielle pilotée.

• Pour les transformateurs d'une capacité de 0,4 MVA et plus, avec une tension primaire de 10 kV ou moins et des connexions de bobinage en triangle-étoile, une protection contre les surintensités à deux phases trois relais peut être utilisée.

• Tous les dispositifs de protection spécifiés ci-dessus doivent agir pour déclencher les disjoncteurs de tous les côtés du transformateur.

Lors de l'exploitation des transformateurs, les défauts internes peuvent parfois être difficiles à détecter et à traiter rapidement, ce qui peut entraîner des accidents. L'installation d'une protection par relais à gaz peut aider à prévenir ces incidents dans une certaine mesure.

Présentation de la protection par gaz

La protection par gaz est l'une des principales protections des transformateurs et appartient à la catégorie des protections non électriques. Elle se divise en protection par gaz léger et protection par gaz lourd. Les principes de fonctionnement sont différents : la protection par gaz léger s'active lorsque des défauts internes mineurs provoquent la décomposition de l'huile d'isolation et la production de gaz due au chauffage. Le gaz accumulé dans la partie supérieure du relais fait perdre sa flottabilité à la tasse ouverte, qui s'enfonce, actionnant le contact reed pour envoyer un signal d'alarme. La protection par gaz lourd s'active lorsqu'un défaut interne grave provoque une expansion rapide de l'huile due au chauffage ou à l'arc électrique, générant un volume important de gaz et un flux d'huile à haute vitesse vers la cuve d'expansion. Ce flux impacte la cloison à l'intérieur du relais, surmontant la résistance du ressort et déplaçant l'aimant pour fermer le contact reed, entraînant un ordre de coupure. Il devrait normalement être réglé en mode de coupure. En plus de la protection par gaz, les protections non électriques pour les grands transformateurs à huile incluent généralement la protection contre la surpression et la protection contre les variations brusques de pression.

La principale différence entre la protection par gaz léger et lourde réside dans les valeurs de réglage du relais : la protection par gaz léger n'émet qu'un signal d'alarme sans coupure, tandis que la protection par gaz lourd initie directement une coupure.

La tension zéro séquence est égale à la somme vectorielle des tensions triphasées. La méthode de calcul du courant zéro séquence est similaire.

Le principe de la protection par gaz lourd repose sur un design de relais à flotteur et reed. La chambre à huile du relais est connectée à la cuve du transformateur. Lorsqu'un défaut génère du gaz, l'accumulation de gaz abaisse le flotteur à une certaine position, fermant le contact de premier niveau pour déclencher un signal d'alarme de gaz léger. À mesure que le gaz continue de s'accumuler, le flotteur descend davantage, activant le contact de deuxième niveau, fermant le circuit de gaz lourd et déclenchant le disjoncteur.

Différence des principes de fonctionnement entre la protection par gaz léger et lourde

Les relais de gaz léger sont constitués d'une tasse ouverte et de contacts reed, et fonctionnent pour envoyer un signal. Les relais de gaz lourd sont constitués d'une cloison, d'un ressort et de contacts reed, et fonctionnent pour déclencher une coupure.

En fonctionnement normal, le relais est rempli d'huile, et la tasse ouverte flotte grâce à la poussée d'Archimède, gardant les contacts reed ouverts. Lorsqu'un défaut interne mineur se produit, le gaz montant lentement pénètre dans le relais, abaissant le niveau d'huile. La tasse ouverte tourne alors dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour de son pivot, fermant le contact reed et émettant un signal d'alarme. Lorsqu'un défaut interne grave se produit, un volume important de gaz est rapidement généré, provoquant une augmentation soudaine de la pression de la cuve et un flux d'huile à haute vitesse vers la cuve d'expansion. Ce flux impacte la cloison du relais, qui surmonte la résistance du ressort, déplace l'aimant vers le contact reed, ferme le contact et déclenche une coupure.

La caractéristique du relais fait référence à la relation entre ses quantités d'entrée et de sortie tout au long du processus de fonctionnement. Que ce soit en fonctionnement ou en retour, le relais passe directement de sa position initiale à sa position finale sans s'arrêter à aucune position intermédiaire. Cette caractéristique de "changement brutal" est appelée caractéristique du relais.