Protection de défaut à la terre restreinte
Défauts à la terre : causes, impacts et mesures de protection
Un défaut à la terre se produit lorsqu'il y a une connexion électrique non intentionnelle entre un conducteur sous tension et la terre. Cela se produit généralement en raison d'une dégradation de l'isolation, qui peut être causée par des facteurs tels que le vieillissement des composants électriques, les dommages mécaniques ou l'exposition à des conditions environnementales sévères. Lorsqu'un défaut à la terre se produit, des courants de court-circuit s'écoulent à travers le système électrique. Ces courants de défaut retournent à la source soit par la terre elle-même, soit via les équipements électriques connectés.
La présence de courants de défaut à la terre peut avoir des conséquences graves. Ils peuvent causer des dommages significatifs aux équipements du système de puissance, y compris les transformateurs, les moteurs et les appareillages de coupure, en surchauffant les composants, en faisant fondre l'isolation et même en entraînant une destruction physique. De plus, les défauts à la terre perturbent la continuité de l'alimentation électrique, provoquant des pannes de courant qui peuvent affecter les consommateurs résidentiels, commerciaux et industriels.
Pour atténuer les risques associés aux défauts à la terre, on utilise le schéma de protection contre les défauts à la terre limités. Au cœur de ce schéma de protection se trouve le relais de défaut à la terre, un composant essentiel qui joue un rôle pivot dans la protection du système de puissance. Lorsqu'un défaut à la terre est détecté, le relais de défaut à la terre émet un ordre de déclenchement au disjoncteur. Cette action isole rapidement la section défectueuse du circuit, limitant ainsi l'écoulement du courant de défaut et minimisant les dommages potentiels.
Le relais de défaut à la terre est stratégiquement placé dans la partie résiduelle des transformateurs de courant, comme illustré dans la figure ci-dessous. Cette position lui permet de surveiller efficacement et de détecter les écoullements anormaux de courant indiquant des défauts à la terre. Il fournit une protection essentielle pour les enroulements en triangle ou en étoile non mis à la terre des transformateurs de puissance, protégeant ces composants critiques des effets destructeurs des courants de défaut. La figure ci-dessous montre également les connexions détaillées du relais de défaut à la terre avec les enroulements en étoile ou en triangle du transformateur, mettant en évidence la configuration précise qui assure une détection fiable des défauts et une protection.
Configuration et fonctionnement du système de protection contre les défauts à la terre
Les transformateurs de courant (TC) jouent un rôle crucial dans le système de protection contre les défauts à la terre, placés stratégiquement de chaque côté de la zone de protection désignée. Les bornes secondaires de ces TC sont connectées en parallèle avec le relais de protection, formant un chemin électrique vital pour la détection des défauts. La sortie des TC est spécifiquement conçue pour représenter le courant de séquence zéro s'écoulant à travers la ligne électrique. Notamment, en cas de défaut externe, le courant de séquence zéro reste absent, tandis qu'en cas de défaut interne, il augmente jusqu'à une valeur qui est deux fois la magnitude du courant de défaut réel.
Fonctionnement du système de protection contre les défauts à la terre
Le côté en étoile du système électrique est protégé par un mécanisme de protection contre les défauts à la terre limités, comme illustré dans la figure ci-dessous. Ce schéma de protection est conçu pour détecter et répondre précisément aux défauts à la terre dans la zone protégée, en utilisant les caractéristiques uniques du courant de séquence zéro pour assurer une isolation rapide et fiable des défauts.
Système de protection contre les défauts à la terre : mécanismes opérationnels et caractéristiques de conception
Supposons qu'un défaut externe, noté F1, se produise dans le réseau électrique. Cet événement de défaut induit des courants I1 et I2 qui s'écoulent à travers les secondaires des transformateurs de courant (TC). En raison de la configuration électrique et de la nature des défauts externes, la somme résultante de I1 et I2 est nulle. En revanche, lorsque un défaut se produit dans la zone de protection, disons F2, seul le courant I2 est présent ; le courant I1 est effectivement annulé ou négligeable. Ce I2 passe alors à travers le relais de défaut à la terre, déclenchant son fonctionnement. Le relais de défaut à la terre est conçu pour activer exclusivement en réponse aux défauts internes dans la zone de protection, assurant ainsi qu'il isole sélectivement les sections défectueuses du système électrique.
Le relais de défaut à la terre doit posséder un degré élevé de sensibilité pour détecter avec précision les défauts. Il est conçu pour détecter des courants de défaut qui dépassent le courant nominal de l'enroulement par au moins 15 %. Ce réglage spécifique permet au relais de protéger une partie définie et limitée de l'enroulement électrique, c'est pourquoi ce schéma de protection est nommé protection contre les défauts à la terre limités.
Pour améliorer davantage la fiabilité du système de protection, un courant stabilisateur est connecté en série avec le relais. Cette addition remplit une fonction vitale : elle atténue efficacement l'impact des courants d'excitation. Les courants d'excitation, qui peuvent se produire lors de la mise sous tension du système ou d'autres événements transitoires, ont le potentiel de provoquer un déclenchement erroné du relais. En contrecarrant ces courants indésirables, le courant stabilisateur garantit que le relais de défaut à la terre ne réagit qu'aux conditions de défaut réelles, améliorant ainsi l'intégrité et la fiabilité globales du système de protection électrique.
