Calcul de défaut électrique | Impédance des séquences positive négative et zéro
Avant d'appliquer un système de protection électrique approprié, il est nécessaire de bien connaître les conditions du système d'énergie électrique en cas de défaut. La connaissance des conditions de défaut électrique est requise pour déployer différents relais de protection adéquats à différents endroits du système d'énergie électrique.
Les informations concernant les valeurs maximales et minimales des courants de défaut, les tensions sous ces défauts en magnitude et en relation de phase par rapport aux courants dans différentes parties du système d'énergie, doivent être recueillies pour une application correcte du système de relais de protection dans ces différentes parties du système d'énergie électrique. La collecte d'informations à partir de différents paramètres du système est généralement connue sous le nom de calcul de défaut électrique.
Le calcul de défaut signifie largement le calcul du courant de défaut dans tout système d'énergie électrique. Il y a principalement trois étapes pour calculer les défauts dans un système.
Choix des rotations d'impédance.
Réduction d'un réseau de système d'énergie électrique complexe à une impédance équivalente unique.
Calcul des courants et tensions de défaut électriques en utilisant la théorie des composantes symétriques.
Notation d'impédance du système d'énergie électrique
Si nous regardons n'importe quel système d'énergie électrique, nous trouverons plusieurs niveaux de tension. Par exemple, supposons un système d'énergie typique où l'énergie est générée à 6,6 kV, puis transmise à 132 kV jusqu'à la sous-station terminale où elle est abaissée à 33 kV et 11 kV, et ce niveau de 11 kV peut être encore abaissé à 0,4 kV.
Il est donc clair à partir de cet exemple qu'un même réseau de système d'énergie peut avoir différents niveaux de tension. Ainsi, le calcul de défaut à n'importe quel emplacement du système devient beaucoup plus difficile et compliqué s'il tente de calculer l'impédance des différentes parties du système selon leur niveau de tension.
Cette difficulté peut être évitée si nous calculons l'impédance des différentes parties du système par rapport à une valeur de base unique. Cette technique est appelée notation d'impédance du système d'énergie. En d'autres termes, avant le calcul de défaut électrique, les paramètres du système doivent être reportés sur des quantités de base
et représentés comme un système uniforme d'impédance en ohms, en pourcentage ou en valeurs per unit.
La puissance électrique et la tension sont généralement prises comme quantités de base. Dans un système triphasé, la puissance triphasée en MVA ou KVA est prise comme puissance de base et la tension phase à phase en KV est prise comme tension de base. L'impédance de base du système peut être calculée à partir de cette puissance de base et de cette tension de base, comme suit,
Per unit est une valeur d'impédance d'un système qui n'est rien d'autre que le rapport de l'impédance réelle du système à la valeur d'impédance de base.
Impédance en pourcentage
peut être calculée en multipliant 100 par la valeur per unit.
Il est parfois nécessaire de convertir les valeurs per unit référencées à de nouvelles valeurs de base pour simplifier différents calculs de défaut électrique. Dans ce cas,
Le choix de la notation d'impédance dépend de la complexité du système. Généralement, la tension de base d'un système est choisie de manière à nécessiter un nombre minimal de transferts.
Par exemple, un système avec un grand nombre de lignes aériennes de 132 kV, quelques lignes de 33 kV et très peu de lignes de 11 kV. La tension de base du système peut être choisie soit à 132 kV, soit à 33 kV, soit à 11 kV, mais la meilleure tension de base est de 132 kV, car elle nécessite un nombre minimal de transferts lors du calcul de défaut.
Réduction du réseau
Après avoir choisi la notation d'impédance correcte, l'étape suivante consiste à réduire le réseau à une seule impédance. Pour cela, nous devons d'abord convertir l'impédance de tous les générateurs, lignes, câbles, transformateurs à une valeur de base commune. Ensuite, nous préparons un diagramme schématique du système d'énergie électrique montrant l'impédance référencée à la même valeur de base de tous ces générateurs, lignes, câbles et transformateurs.
Le réseau est ensuite réduit à une impédance équivalente unique commune en utilisant les transformations étoile/triangle. Des diagrammes d'impédance distincts doivent être préparés pour les réseaux de séquences positive, négative et nulle.
Les défauts triphasés sont uniques car ils sont équilibrés, c'est-à-dire symétriques en triphasé, et peuvent être calculés à partir du diagramme d'impédance monophasé de séquence positive. Par conséquent, le courant de défaut triphasé est obtenu par,
Où, I f est le courant total de défaut triphasé, v est la tension phase-neutre, z 1 est l'impédance totale de séquence positive du système ; en supposant que, dans le calcul, les impédances sont représentées en ohms sur une base de tension.
Analyse des composantes symétriques
Le calcul de défaut ci-dessus est effectué sur l'hypothèse d'un système triphasé équilibré. Le calcul est effectué pour une seule phase, car les conditions de courant et de tension sont identiques dans les trois phases.
Lorsque des défauts réels se produisent dans un système d'énergie électrique, tels qu'un défaut phase-terre, un défaut phase-phase ou un double défaut phase-terre, le système devient déséquilibré, c'est-à-dire que les conditions de tension et de courant dans toutes les phases ne sont plus symétriques. Ces défauts sont résolus par l'analyse des composantes symétriques.
Généralement, un diagramme vectoriel triphasé peut être remplacé par trois ensembles de vecteurs équilibrés. Un a une rotation de phase opposée ou négative, le second a une rotation de phase positive et le dernier est co-phasal. Cela signifie que ces ensembles de vecteurs sont décrits comme des séquences négative, positive et nulle, respectivement.
L'équation entre les quantités de phase et de séquence est,
Par conséquent,
Où toutes les quantités sont référencées à la phase de référence r
.
De même, un ensemble d'équations peut être écrit pour les courants de séquence également. À partir des équations de tension et de courant, on peut facilement déterminer l'impédance de séquence du système.
Le développement de l'analyse des composantes symétriques repose sur le fait qu'en système d'impédance équilibré, les courants de séquence ne peuvent donner lieu qu'à des chutes de tension de la même séquence. Une fois que les réseaux de séquence sont disponibles, ceux-ci peuvent être convertis en une impédance équivalente unique.
Prenons Z1, Z2 et Z0 comme étant l'impédance du système au flux des courants de séquence positive, négative et nulle respectivement.
Pour un défaut à la terre
Défauts phase-phase
Défauts double phase-terre
Défauts triphasés
Si le courant de défaut dans une branche particulière du réseau est requis, celui-ci peut être calculé après avoir combiné les composantes de séquence circulant dans cette branche. Cela implique la distribution des courants de composantes de séquence, tels que déterminés en résolvant les équations ci-dessus, dans leur réseau respectif selon leurs impédances relatives. Les tensions à n'importe quel point du réseau peuvent également être déterminées une fois que les courants de composantes de séquence et l'impédance de séquence de chaque branche sont connus.
Impédance de séquence
Impédance de séquence positive
L'impédance offerte par le système au flux du courant de séquence positive est appelée impédance de séquence positive.
