Protection de défaut à la terre équilibré

Schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés pour les petits générateurs

Le schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés sert de protection cruciale, principalement utilisée pour la protection des petits générateurs dans des scénarios où les systèmes de protection différentielle et auto-équilibrés ne sont pas des options viables. Dans les petits générateurs, les extrémités neutres des enroulements triphasés sont internement connectées à un seul terminal. Par conséquent, l'extrémité neutre n'est pas accessible de l'extérieur, rendant inefficaces les méthodes de protection conventionnelles. C'est là que le schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés intervient, offrant une protection essentielle contre les défauts à la terre. Il est important de noter que ce schéma est spécifiquement conçu pour détecter les défauts à la terre et ne fournit pas de protection contre les défauts phase-à-phase, sauf si ces défauts phase-à-phase se développent ensuite en défauts à la terre.

Connexion du schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés

La mise en œuvre du schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés implique une configuration précise des transformateurs de courant (TC). Dans cette configuration, des TC sont installés sur chacune des phases du générateur. Leurs enroulements secondaires sont ensuite connectés en parallèle avec l'enroulement secondaire d'un autre TC. Ce TC supplémentaire est monté sur le conducteur qui relie le point en étoile (neutre) du générateur à la terre. Un relais de protection est stratégiquement connecté à travers les secondaires combinés de tous ces TC. Cette disposition permet au système de protection de surveiller les déséquilibres de courant qui se produisent lors d'une condition de défaut à la terre, permettant au relais de détecter rapidement et de réagir aux défauts potentiels, protégeant ainsi le petit générateur des dommages causés par les défauts à la terre.

Schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés : Fonctionnalité, limites et importance

Vue d'ensemble et portée

Les schémas de protection équilibrés sont conçus pour protéger contre les défauts à la terre dans une zone définie, spécifiquement la région confinée entre les transformateurs de courant (TC) côté neutre et côté ligne. Ce mécanisme de protection ciblé est principalement axé sur la détection des défauts à la terre au sein des enroulements du stator d'un générateur. Notamment, il reste inactif lors des défauts à la terre externes, c'est pourquoi ce schéma est également souvent appelé schéma de protection contre les défauts à la terre restreints. Dans les grands générateurs, ce schéma est souvent mis en œuvre comme une couche de protection supplémentaire, complétant d'autres systèmes de protection plus complets.

Mécanisme opérationnel

Fonctionnement normal

Dans des conditions de fonctionnement normales du générateur, la somme des courants circulant à travers les secondaires des transformateurs de courant est précisément nulle. De plus, il n'y a pas de circulation de courant du secondaire vers le neutre. En conséquence, le relais de protection associé au schéma reste désénergisé, indiquant que le système fonctionne sans aucune condition de défaut.

Défaut dans la zone protégée

Lorsqu'un défaut à la terre se produit dans la zone protégée (la zone à gauche du TC côté ligne), un changement significatif se produit. Le courant de défaut commence à circuler à travers les enroulements primaires des transformateurs de courant. Cela induit des courants secondaires correspondants qui passent à travers le relais. Une fois que l'amplitude de ces courants secondaires atteint un seuil prédéfini, le relais est activé, déclenchant l'interrupteur pour isoler la section défectueuse du générateur. Cette réponse rapide aide à prévenir d'autres dommages au générateur dus au défaut.

Défaut en dehors de la zone protégée

En cas de défaut se produisant en dehors de la zone de protection (à droite du TC côté ligne), le comportement électrique est différent. La somme des courants aux bornes du générateur est égale au courant circulant dans la connexion neutre. Cet équilibre entraîne l'absence de courant net circulant à travers la bobine d'exploitation du relais. Par conséquent, le relais ne fonctionne pas, et le système continue de fonctionner, supposant que le défaut est externe et ne menace pas directement l'intégrité des enroulements du stator du générateur protégés.

Inconvénients

Malgré son efficacité dans de nombreux scénarios, le schéma de protection contre les défauts à la terre équilibrés présente des limites notables. Lorsqu'un défaut se produit à proximité du terminal neutre ou lorsque le raccordement à la terre du neutre est établi par une résistance ou un transformateur de distribution, l'amplitude du courant de défaut qui circule à travers le secondaire du transformateur de courant devient considérablement réduite. Dans de tels cas, ce courant diminué peut tomber en dessous du courant de déclenchement du relais, qui est le courant minimum nécessaire pour activer le relais. Par conséquent, le relais ne fonctionne pas, permettant au courant de défaut de persister dans les enroulements du générateur. Cette exposition prolongée au courant de défaut peut entraîner un surchauffage, une dégradation de l'isolation et potentiellement des dommages graves au générateur, soulignant l'importance de comprendre et de traiter ces limites dans les applications pratiques.