Relais de Protection de Base : Types de Défauts de Ligne de Transmission et Schémas de Protection Fondamentaux

1. Types de pannes sur les lignes électriques

Pannes entre phases :

• Court-circuit triphasé

• Court-circuit biphasé

Pannes vers la terre :

• Panne monophasée vers la terre

• Panne biphasée vers la terre

• Panne triphasée vers la terre

2. Définition des dispositifs de protection par relais
Lorsqu'une anomalie ou une panne se produit dans un composant d'un système électrique, les dispositifs de protection par relais sont ceux qui peuvent rapidement et sélectivement isoler le composant défectueux ou anormal du système, assurant le fonctionnement normal continu du reste des équipements en bon état.

Parmi les exemples, on trouve : la protection contre les surintensités, la protection à distance, la protection de séquence nulle et la protection haute fréquence.

• Protection principale : Protection qui répond aux exigences de base pour la stabilité du système et la sécurité des équipements en cas de court-circuit. Elle opère en premier pour déclencher l'ouverture du disjoncteur et élimine sélectivement les pannes sur l'équipement protégé ou sur toute la ligne.

• Protection de secours : Protection qui élimine la panne si la protection principale ou le disjoncteur ne fonctionne pas.

• Protection auxiliaire : Protection simple ajoutée pour compenser les limitations de la protection principale et de secours.

3. Rôle de la protection par relais sur les lignes de transport
Lors de l'exploitation, les lignes de transport peuvent subir des pannes dues à des vents forts, de la glace et de la neige, des coups de foudre, des dommages externes, des défaillances d'isolation ou des flashovers dus à la pollution. Dans de tels cas, le dispositif de protection par relais peut agir rapidement et sélectivement, en déclenchant le disjoncteur de ligne (interrupteur).

Si la panne est transitoire, l'interrupteur se recouple avec succès après la disparition de la panne, rétablissant l'alimentation électrique en toute sécurité. Si la panne est permanente, le recouplage échoue et la ligne défectueuse est rapidement isolée, assurant une alimentation électrique ininterrompue aux lignes saines.

4. Dispositifs de protection contre les surintensités
Les dispositifs de protection contre les surintensités sont conçus en fonction de l'augmentation significative du courant lors d'une panne sur la ligne. Lorsque le courant de panne atteint le réglage de protection (courant de déclenchement), le dispositif commence à fonctionner. Une fois que le délai de temporisation est atteint, le disjoncteur de ligne se déclenche.

Les types courants incluent :

• Protection contre les surintensités instantanées : Simple, fiable et rapide, mais ne protège qu'une partie (généralement 80–85 %) de la même ligne.

• Protection contre les surintensités à temporisation : Fonctionne avec un court délai, protégeant la longueur totale de la ligne et coordonnant avec la protection instantanée de la ligne suivante en aval.

• Protection contre les surintensités : Réglée pour éviter le courant de charge maximum. Elle protège la longueur totale de la ligne et la longueur totale de la ligne suivante, servant de protection de secours.

• Protection contre les surintensités directionnelles : Ajoute un élément de direction de puissance à la protection contre les surintensités. Elle ne fonctionne que lorsque la puissance de panne circule du bus vers la ligne, empêchant les dysfonctionnements lors de pannes en sens inverse.

5. Dispositifs de protection à distance
La protection à distance réagit à l'impédance (ou distance) entre le point de panne et le point d'installation de la protection. Elle possède d'excellentes caractéristiques directionnelles et est largement utilisée sur les réseaux en anneau à haute tension. La protection à distance en trois étages est couramment employée :

• Zone I : Opération instantanée, protégeant 80%–85% de la longueur de la ligne.

• Zone II : Protège la longueur totale de la ligne et s'étend sur une partie de la ligne suivante (généralement la Zone I de la ligne adjacente).

• Zone III : Protège la longueur totale de cette ligne et de la ligne suivante, servant de protection de secours pour les Zones I et II.

6. Dispositifs de protection de séquence nulle
Dans les systèmes à neutre directement mis à la terre (également connus sous le nom de systèmes à forte intensité de défaut à la terre), une panne monophasée vers la terre produit un courant de séquence nulle important. Les dispositifs de protection qui utilisent ce courant sont appelés dispositifs de protection de séquence nulle. Une configuration en trois étages est couramment utilisée :

• Étape I : Protection de séquence nulle instantanée, couvrant 70%–80% de la longueur de la ligne.

• Étape II : Protection de séquence nulle à temporisation, couvrant la longueur totale de la ligne et une partie de la ligne suivante.

• Étape III : Protection de surintensité de séquence nulle, couvrant la longueur totale de la ligne et servant de protection de secours pour la ligne suivante.

7. Dispositifs de protection haute fréquence
La protection haute fréquence convertit l'angle de phase (ou la direction de puissance) des courants aux deux extrémités d'une ligne en signaux haute fréquence, qui sont transmis via un canal haute fréquence à l'autre extrémité. Le système compare la phase de courant ou la direction de puissance aux deux extrémités.

Cette protection ne réagit qu'aux pannes à l'intérieur de la section de ligne protégée et n'a pas besoin de coordination avec les lignes en aval. Elle fonctionne sans délai, permettant un déclenchement rapide de toute panne le long de la ligne protégée.

Selon les principes de fonctionnement, la protection haute fréquence est classée en :

• Type bloquant (comparaison directionnelle) : Compare la direction de puissance aux deux extrémités.

• Type de comparaison de phase : Compare les angles de phase de courant aux deux extrémités.

8. Dispositifs de recouplage automatique
Un dispositif de recouplage automatique est celui qui referme automatiquement le disjoncteur après qu'il s'est ouvert.

Fonction :

• Pour les pannes transitoires, après la disparition de la panne, le dispositif referme rapidement le disjoncteur, rétablissant l'alimentation électrique normale.

• Pour les pannes permanentes, le recouplage échoue, le disjoncteur s'ouvre à nouveau, et la ligne défectueuse est isolée, assurant l'alimentation continue des lignes saines.

9. Enregistreur de pannes de ligne
Un dispositif qui enregistre automatiquement les formes d'onde de courant et de tension avant et pendant une panne de ligne, ainsi que le timing et l'état de fonctionnement du disjoncteur.

En analysant les formes d'onde enregistrées, le type de panne peut être déterminé avec précision, et l'emplacement approximatif de la panne peut être calculé. Cela fournit des données cruciales pour l'analyse des pannes, le dépannage et la restauration de l'alimentation électrique normale.