Protection différentielle d'un générateur

Protection différentielle du générateur

La protection différentielle d'un générateur protège principalement les enroulements du stator contre les défauts à la terre et les défauts phase-à-phase. Les défauts des enroulements du stator représentent une menace significative, capable d'infliger des dommages graves au générateur. Pour protéger les enroulements du stator, un système de protection différentielle est utilisé pour éliminer les défauts dans les plus brefs délais, minimisant ainsi l'ampleur des dégâts.

Système de courant circulant Merz-Prize

Dans ce schéma de protection, les courants aux deux extrémités de la section protégée sont comparés. En fonctionnement normal, les intensités des courants dans les enroulements secondaires des transformateurs de courant sont égales. Cependant, lorsqu'un défaut se produit, un courant de court-circuit s'écoule dans le système, provoquant une divergence des intensités de courant. Cette différence de courant en cas de défaut est canalisée à travers la bobine de fonctionnement du relais.

Une fois que le courant dépasse le seuil prédéfini, le relais ferme ses contacts, déclenchant l'ouverture du disjoncteur. Cette action isole la section défectueuse du reste du système. Un tel mécanisme de protection est connu sous le nom de système de courant circulant Merz-Prize, qui s'avère très efficace pour détecter et répondre aux défauts à la terre et aux défauts phase-à-phase.

Connexion du système de protection différentielle

Le système de protection différentielle nécessite deux transformateurs de courant identiques, installés de chaque côté de la zone protégée. Les bornes secondaires de ces transformateurs de courant sont connectées en configuration étoile, et leurs bornes terminales sont liées par des conducteurs pilotes. Pendant ce temps, les bobines de relais sont connectées en configuration delta. Les points neutres des transformateurs de courant et du relais sont ensuite connectés à un terminal commun. Ce type de connexion assure la détection précise des déséquilibres de courant et permet une isolation rapide des défauts.

Le relais est connecté entre les points d'équipotentiel des trois conducteurs pilotes pour s'assurer que chaque transformateur de courant supporte une charge égale. Étant donné que le milieu de chaque conducteur pilote représente son point d'équipotentiel, le relais est stratégiquement positionné au milieu de ces conducteurs.

Pour que le système de protection différentielle fonctionne de manière optimale, il est crucial de placer les bobines de relais près des transformateurs de courant à proximité du circuit principal. Cela peut être réalisé en insérant des résistances d'équilibrage en série avec les conducteurs pilotes, déplaçant ainsi les points d'équipotentiel plus près du disjoncteur principal.

Principe de fonctionnement du système de protection différentielle

Supposons qu'une rupture d'isolement se produise sur la phase R du réseau, déclenchant un défaut. En conséquence, les courants dans les secondaires des transformateurs de courant deviennent déséquilibrés. Ce déséquilibre génère des courants différentiels qui s'écoulent à travers la bobine du relais. Par conséquent, le relais s'active et envoie une commande de coupure au disjoncteur, isolant la section défectueuse du reste du système.

Cependant, ce système de protection présente une limitation importante : il est très sensible au courant d'excitation du transformateur. Le courant d'excitation peut causer un dysfonctionnement du relais. Pour remédier à ce problème, un relais différentiel biaisé est utilisé. Ce type de relais permet à un certain niveau de courant déséquilibré de passer à travers sa bobine sans déclencher une opération inutile.

Pour atténuer davantage l'impact du courant d'excitation, une bobine de restriction est intégrée dans la conception. La bobine de restriction réduit efficacement l'influence du courant d'excitation, rendant le relais insensible aux faux déclenchements causés par le courant d'excitation. Les relais équipés d'une telle configuration sont appelés relais différentiels biaisés.

Scénario de défaut et fonctionnement du relais

Lorsqu'un défaut se produit entre deux phases, par exemple entre les phases Y et B, un courant de court-circuit s'écoule à travers ces deux phases. Ce défaut perturbe l'équilibre des courants s'écoulant à travers les transformateurs de courant (TC). Par conséquent, un courant différentiel passe à travers la bobine de fonctionnement du relais, provoquant le déclenchement du relais et l'ouverture de ses contacts, isolant ainsi la section défectueuse du système électrique.

Problèmes du système de protection différentielle

Dans un système de protection différentielle, un fil de résistance neutre est généralement utilisé pour atténuer les effets négatifs des courants de défaut à la terre. Cependant, lorsque un défaut à la terre se produit près du point neutre, une faible force électromotrice (fem) génère un courant de court-circuit relativement faible qui s'écoule à travers le neutre. La résistance de la mise à la terre du neutre réduit encore davantage ce courant. En conséquence, seul un courant minimal atteint le relais. Comme ce faible courant est insuffisant pour activer la bobine du relais, le défaut peut rester non détecté, potentiellement entraînant des dommages au générateur.

Schéma modifié du système de protection différentielle

Pour résoudre le problème mentionné ci-dessus, un schéma amélioré de système de protection différentielle a été développé. Ce schéma modifié intègre deux éléments distincts : l'un conçu pour la protection contre les défauts de phase et l'autre pour la protection contre les défauts à la terre.

Les éléments de protection contre les défauts de phase sont connectés en configuration étoile avec une résistance. Pendant ce temps, le relais de défaut à la terre est positionné entre les éléments de phase en étoile et le point neutre. Plus précisément, deux éléments de défaut de phase, ainsi qu'une résistance d'équilibrage, sont connectés en configuration étoile, et le relais de défaut à la terre est ensuite connecté entre la connexion en étoile et le conducteur pilote neutre. Cette configuration améliore la capacité du système à détecter et à répondre de manière précise aux défauts de phase et de terre, améliorant ainsi la fiabilité globale du système de protection différentielle.

Le circuit en étoile présente une symétrie, assurant qu'aucun courant de surintensité équilibré provenant du point de circulation de courant ne passera à travers le relais de défaut à la terre. Ainsi, dans ce système, le relais de défaut à la terre sensible peut fonctionner avec un haut niveau de stabilité, détectant de manière fiable les défauts à la terre sans être déclenché par des fluctuations normales de courant équilibré.