Protection par courant de transport des lignes de transmission

Schéma de protection par courant porteur pour les lignes de transmission

Le schéma de protection par courant porteur est principalement utilisé pour la protection des lignes de transmission à longue distance. Contrairement aux méthodes de protection conventionnelles qui se concentrent sur la comparaison des valeurs réelles du courant, ce schéma fonctionne en comparant les angles de phase des courants aux deux extrémités de la ligne. Sur la base de la relation des angles de phase, il peut déterminer avec précision si une panne se produit à l'intérieur de la section de ligne protégée (panne interne) ou en dehors (panne externe). Le canal de communication par courant porteur, un élément crucial de ce système de protection, comprend quatre éléments principaux : un émetteur, un récepteur, un équipement de couplage et un piège de ligne.

Le récepteur de courant porteur est chargé de capturer le courant porteur transmis par l'émetteur situé à l'extrémité opposée de la ligne. Une fois reçu, il convertit ce courant porteur en une tension continue (CC). Cette tension CC sert de signal de commande, qui peut être utilisée par des relais ou d'autres circuits électriques pour exécuter des fonctions de protection spécifiques. Notamment, lorsqu'aucun courant porteur n'est reçu, la tension de sortie du récepteur tombe à zéro, indiquant une interruption dans le lien de communication ou un changement potentiel de l'état de fonctionnement du système.

Le piège de ligne, placé entre la barre de collecte et la connexion du condensateur de couplage à la ligne de transmission, est un réseau LC (inductance-capacité) parallèle soigneusement accordé pour résonner à haute fréquence. Sa fonction principale est de confiner le courant porteur à l'intérieur de la section de ligne protégée. En faisant cela, il empêche efficacement les interférences provenant d'autres canaux de courant porteur adjacents, assurant l'intégrité et la précision du fonctionnement du système de protection. De plus, le piège de ligne joue un rôle vital dans la minimisation de la perte du signal de courant porteur vers les circuits de puissance voisins, améliorant ainsi la fiabilité globale du lien de communication par courant porteur et des fonctions de protection associées.

Protection par courant porteur : composants et méthodes

Le condensateur de couplage joue un double rôle dans le système de protection par courant porteur. Il connecte l'équipement à haute fréquence à l'un des conducteurs de ligne, permettant la transmission des signaux de courant porteur. En même temps, il isole l'équipement de puissance de la haute tension de la ligne de puissance. Dans des conditions de fonctionnement normales, le courant électrique circule uniquement à travers le conducteur de ligne. Cependant, en ce qui concerne le courant porteur à haute fréquence, il circule le long du conducteur de ligne équipé de pièges à haute fréquence, passant par le condensateur de piège puis à la terre.

Méthodes de protection par courant porteur

Il existe plusieurs méthodes de protection par courant porteur, les deux formes fondamentales étant la protection par comparaison directionnelle et la protection par comparaison de phase. Ces méthodes sont décrites en détail ci-dessous :

1. Protection par comparaison directionnelle

Dans le schéma de protection par comparaison directionnelle, le mécanisme de protection repose sur la comparaison de la direction du flux de puissance en cas de panne aux deux extrémités de la ligne de transmission. Les relais de protection ne fonctionnent que lorsque la puissance aux deux extrémités de la ligne s'écoule du bus vers la ligne. Après avoir comparé les directions, le relais pilote par courant porteur transmet des informations sur la façon dont les relais directionnels à l'extrémité opposée répondent à un événement de court-circuit.

Les relais situés aux deux extrémités de la ligne travaillent ensemble pour isoler la panne du bus. En cas de panne interne dans la section protégée, le flux de puissance est dans la direction protectrice. Inversement, pour une panne externe, le flux de puissance est dans la direction opposée. Lors d'une panne, un simple signal est transmis via le relais pilote par courant porteur d'une extrémité de la ligne à l'autre. Les schémas de protection par relais pilote utilisés pour la protection des lignes de transmission peuvent être principalement classés en deux types :

• Schéma de protection par blocage de courant porteur : Ce schéma restreint le fonctionnement du relais. Il fonctionne en bloquant la panne avant qu'elle ne puisse entrer dans la section protégée du système électrique. Le schéma de protection par blocage de courant porteur est hautement apprécié pour sa fiabilité, car il protège efficacement l'équipement du système contre d'éventuels dommages.

• Schéma de protection par autorisation de blocage de courant porteur : Contrairement au schéma de blocage, ce schéma de protection permet au courant de panne d'entrer dans la section protégée du système.

2. Protection par comparaison de phase de courant porteur

Le système de protection par comparaison de phase de courant porteur se concentre sur la comparaison de la relation de phase entre le courant entrant dans la zone pilote et le courant sortant de la zone protégée. Notamment, il ne s'agit pas de comparer les amplitudes de ces courants. Cette méthode de protection fournit principalement une protection principale ou primaire, et il est donc essentiel de la compléter par une protection de secours. Le schéma de circuit de la protection par comparaison de phase de courant porteur est illustré dans la figure fournie ci-dessous.

Fonctionnement et avantages de la protection par courant porteur

Les transformateurs de courant (TC) installés sur la ligne de transmission alimentent un réseau. Ce réseau convertit le courant de sortie des TC en une tension sinusoïdale monophasée. Cette tension est ensuite alimentée dans l'émetteur de courant porteur et le comparateur. De même, la sortie du récepteur de courant porteur est également dirigée vers le comparateur. Le comparateur joue un rôle crucial dans le contrôle du fonctionnement d'un relais auxiliaire, qui à son tour déclenche l'ouverture du disjoncteur de la ligne de transmission lorsque nécessaire.

Avantages de la protection par courant porteur

Les schémas de protection par courant porteur offrent plusieurs avantages significatifs, qui sont énumérés ci-dessous :

• Fonctionnement simultané et rapide des disjoncteurs : L'un des principaux avantages est la capacité d'obtenir une coupure rapide et simultanée des disjoncteurs aux deux extrémités de la ligne de transmission. Cette action coordonnée assure que les pannes sont isolées rapidement, minimisant la durée des conditions anormales dans le système électrique.

• Élimination efficace des pannes : Le système présente un processus de suppression des pannes rapide. En interrompant rapidement le flux de courant de panne, il prévient efficacement les impacts sévères sur le système électrique, réduisant le risque de dommages à l'équipement et maintenant la stabilité du système.

• Signalement intégré : La protection par courant porteur élimine la nécessité de fils de signalement distincts. Au lieu de cela, les lignes de puissance elles-mêmes sont utilisées pour transmettre à la fois la puissance électrique et les signaux de communication. Cela simplifie la conception globale du système, réduit les coûts d'installation et minimise le potentiel d'interférence des signaux provenant de sources externes.

• Coupure ultra-rapide : Elle permet aux disjoncteurs aux deux extrémités de la ligne de s'ouvrir en seulement un à trois cycles. Cette réponse extrêmement rapide est cruciale pour la protection des systèmes électriques modernes à haute capacité et pour assurer l'approvisionnement fiable en électricité.

• Compatibilité avec l'équipement moderne : Le système de protection par courant porteur est hautement compatible avec les disjoncteurs à action rapide modernes. Cette synergie permet une relève encore plus efficace et fiable, améliorant les performances et les capacités de protection du réseau électrique.

• Applications polyvalentes : Historiquement, la technologie de courant porteur sur ligne a été largement utilisée à diverses fins, y compris le contrôle supervisé, la communication téléphonique, la télémétrie et la relève. Cette polyvalence en fait un atout précieux dans les systèmes de puissance électrique, permettant une intégration transparente de multiples fonctions au sein d'une seule infrastructure.