Chap9_Protection Différentielle de Ligne 7SD52

Formation sur les Relais de Protection: Chapitre 9 : Protection différentielle de ligne 7SD52

©

Siemens AG 2007

© Siemens SAS 2015

Protection et communication Trois avantages des équipements SIPROTEC  Protection différentielle universelle et simple d‘emploi. Permet de protéger des liaisons de 2 à 6 extrémités, des lignes compensées série et parallèles, avec transformateurs ou bobines de compensation dans le domaine protégé. Le temps de déclenchement selon l‘échelon rapide est d‘environ 15 ms. ‚ Algorithme avec correction automatique. Prise en compte des imprécisions de mesure liées aux transformateurs de courant, des durées de transmission non déterministes et des phénomènes transitoires à la mise sous tension de la liaison. ƒ Raccordement direct et modulaire aux liaisons optiques et aux réseaux de communication numériques

Page 2

SIEMENS SAS

Application - Raccordement sur fibre optique Connexion directe avec liaisons fibre optique - Permet des déclenchements rapides (16 ms) - Cartes de communication modulaires à choisir selon le type de fibre et la distance Distance

F.O.

Connecteur

820 nm, 1,5 km Multimode ST 820 nm, 3 km 62,5/125 um ST

FO

1300 nm, 10 km 1300 nm, 35 km 1300 nm, 24 km 1300 nm, 60 km 1550 nm, 100 km

Page 3

Monomode ST 9/125 um FC LC LC LC SIEMENS SAS

Application - Réseau de communication numérique Connexion via multiplexeurs - Mesure automatique du délai de transmission (correction entre 0 ms - 30 ms) - Détection immédiate des permutations des voies de transmission - Prise en compte des addresses de communication

Interface électrique synchrone X.21 (64/128/512 kBit/s) ou G703.1 (64 kBit/s) E O

820 nm, 1,5 km

Page 4

Système de communication

O E

Convertisseur

SIEMENS SAS

Application - Liaisons téléphoniques louées (LS)

Liaison téléphonique (standby ou dial-up) - Câble téléphonique (max. 8 km) Paire torsadée

E O

O

max. 8 km (5 miles)

E

820 nm, 1,5 km Convertisseur Isolation galvanique 5 kV integrée Page 5

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Principes de la protection Différentielle Ligne Bases Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Definition du courant différentiel :

I Diff =

N

åI

i

i =0

Le courant diférentiel est égal à la somme vectorielle des harmoniques mesurés aux extrémités de la ligne.

IA=A e-j(wt+f) IB=B e-j(wt+f) Page 6

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Bases Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Sur une ligne idéal, le courant différentiel est de zéro. Sur une ligne réelle le courant différentiel est égal au courant capacitif de la ligne (IC).

U LL I C » 2pf × C × l × 3 | B

Page 7

IA=A e-j(wt+f) IB=B e-j(wt+f)

I Diff =

I Diff =

N

åI

i

=0

i

= IC

i =0

N

åI i =0

C`B = capacité linéique de la ligne [µF/km] l = longueur de la ligne[km] f = fréquence [Hz] ULL = tension composée de la ligne [V] SIEMENS SAS

Principle of the Differential Protection Basics Station B

Station A

IA

IB SD

SD Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Dans une protection différentielle le courant de stabilisation est égal à : Avec le courant différentiel, le courant de stabilisation et la caractéristique, le relais peu prendre une décision. ATTENTION: Les 7SD5 / 7SD61 sont Page 8

différentes!

|IA|=A

|IB|=B N

I Re stra int = å I i i =0

IDiff trip area

restraint area SIEMENS SAS

IRestraint

Principes de la protection Différentielle Ligne Déclenchement Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Les 7SD5 / 7SD610 ont une autre caractéristique de déclenchement : Si IDiff > DIRest

forbidden area

IDiff

P-IDiff> = Parameter 1210 N

P-IDiff> Page 9

Où ΔIRest = P-IDiff> + dI

trip area

restraint area

=> TRIP !!!

dI = å dI i i =0

DIRest

dIi = ICT-Err.+ ISignal-Err+ISync-Err

Remark:

IRestraint a été remplacé par DIRest pour avoir un nom différent SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne dI-Vecteur Le vecteur dI peut être dessiné dans le plan complexe comme un cercle ayant pour origine la pointe du vecteur courrant. Ce vecteur représente la somme de toutes les erreurs. Im { I }

dI dI est la somme de : dIi = dICT-Err.+ dISignal-Err.+dISync-Err.

I =A e-j(wt+f) Où dICT-Err. = CT - Erreurs dISignal-Err = distorsion de signal dISync-Err = erreur de synchronisation

Re { I } Page 10

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Principes de la protection Différentielle Ligne dI-Vecteur Station B

Station A

IA

IB

SD Protection Data Interface (PDI)

SD

Im { I }

Protection Data Interface (PDI)

- Les deux relais échange leur valeur de courant et calcul le courant différentiel.

dI = dIA+ dIB dIA

IA =A e-j(wt+f)

dIB

IDiff = IA + IB dI = dIA + dIB

-La somme vectorielle est faite pour chaque phase indépendemment. - La protection différentielle est sélective phase par phase.

Page 11

dIA

IDiff = IA+ IB dIB

IB =B e-j(wt+f)

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Re { I }

Principes de la protection Différentielle Ligne Paramètre P-IDIFF> Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest DIRest = P-IDiff>+dI P-IDiff>= Paramètre 1210

Le paramètre P-IDiff> (1210) peut être directement lu sur la perturbographie IA = 0 at both ends

(DIRest) iS1 » IDiff>

Page 12

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Principes de la protection Différentielle Ligne Paramètre P-IDIFF> Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest = P-IDiff>+dI P-IDiff>Enclenchement = Paramètre 1213 Si un enclenchement manuel est reconnu, le paramètre P-IDiff>-enclenchement (1213) devient actif pour le temps paramétré en 1132A.

P1210

P1213 P1132A

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Principes de la protection Différentielle Ligne CT-Errors Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest DIRest = P-IDiff>+dI ; dI = dICT-Errors + dISignal-Errors + dISync-Errors CT – Errors: La figure ci-dessous montre la courbe d’erreur réelle d’un TC (bleu) et une possibilité d’approximation de cette courbe (rouge)

eICT[A] approximation of the CT error curve

real CT error curve at rated burden kscc*IN-Sec

Page 14

IN-Sec

ICT[A]

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Principes de la protection Différentielle Ligne CT-Errors Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest DIRest = P-IDiff>+dI ; dI = dICT-Errors + dISignal-Errors + dISync-Errors CT – Errors: Les erreurs de mesure de TC sont représentées par 3 paramètres eCT[%]

eCT[A]

P254

Slope P254

P253

Slope P253 P251

ICT/IN-Relay-sec

IN-Relay-sec*P251

IRelay-sec[A]

Les paramètres 253 et 254 définissent les pentes. Le paramètre 251 défini le point de changement de pente. Page 15

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Principes de la protection Différentielle Ligne CT-Errors Le CT – error peut être lu sur la perturbographie avec le courant de stabilisation (IS). Exemple: Paramètre 251 : K_ALF/K_ALF_N =1 Paramètre 253 : E% ALF/ALF_N = 5% Paramètre 254 : E% K_ALF_N = 10% Courants injectés 0.5A et 1.5A secondaire (P-IDiff>= 0.3 A) 312 mA+5%×0,5A=336 mA 312 mA+10%×1,5A=462 mA

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Principes de la protection Différentielle Ligne Signal-Errors Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest ΔIRest = P-IDiff>+dI ; dI = dICT-Errors + dISignal-Errors + dISync-Errors Principe: La 7SD mesure un courant i(t) (courbe rouge). De ce courant la 7SD calcul le fondamental du signal I = A e-j(wt+f) (courbe bleue) et compare les deux signaux. Les différences observées (zone verte) sont les critères pour la distorsion de signal (Signal Error). Important: La correction de la distorsion de signal n’est pas paramétrable. Il s’agit d’une mesure corrective.

__ __

Signal mesuré fondamental calculé du signal mesuré

n zone de distorsion de signal Page 17

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Principes de la protection Différentielle Ligne Signal-Errors La stabilisation additionnelle due à la distorsion du signal peut être lue sur la perturbographie avec le courant (DIRest ). Exemple: 1er graph violet : courant fondamental du signal. 1er graph vert : signal courant déformé (ex : TC saturation). 2ème graph violet : courant de stabilisation du aux CT-Errors. 2ème graph vert : courant de stabilisation du aux CT Errors et aux distorsions de signal

Additional restraining due to signal disturbance

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Comment déterminer les différents éléments qui influent sur le calcul de DIRest ΔIRest = P-IDiff>+dI ; dI = dICT-Errors + dISignal-Errors + dISync-Errors Pour avoir une meilleure compréhension de l’influence de la synchronisation des échantillons il faut savoir : n

quelle est la source de cette erreur,

n

comment fonctionne la synchronisation,

n

pourquoi la synchronisation est nécessaire

n quelles sont les conséquences d’une mauvaise synchronisation n

Page 19

l’utilisation d’un GPS

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Station B

Station A

IA

Com-Network

IB SD

SD Protection Data Interface (PDI)

TA->B

TB->A

Protection Data Interface (PDI)

-Les erreurs de synchronisation sont seulement possibles si le canal de communication (PDI) utilise un réseau de télécommunication. - Les erreurs de synchronisation sont dues à un temps de transmission asymétrique aux 2 bouts de ligne (retard crée par le réseau de télécommunication)

Page 20

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Comment la synchronisation fonctionne-t-elle : La synchronisation de la 7SD fonctionne sur un principe simple Ex : Un pilote réalise le vol Francfort – New-York. Au décollage de Francfort il regarde l’heure locale et note cette heure. En atterissant à New-York il relève aussi l’heure locale. Après quelques heures, il décolle de New-York pour réaliser le vol retour et note les heures locales au décollage et à l’atterrissage. En supposant que les deux vols ont duré le même temps, il est possible de calculer le temps de vol et le décalage horaire entre les deux destinations. Décollage Francfort: Décollage New York:

6:00 10:00

Décalage horraire:

((7:00 – 6:00) - (23:00 – 10:00)) /2 = - 6 H

Temps de vol :

((7:00 – 6:00) + (23:00 - 10:00)) / 2 = 7 H

à à

Atterrissage New-York: Atterrissage Francfort :

7:00 23:00

Comparaison avec les 7SD: Décalage horaire : DTO : Device Time Offset, différence entre les 2 bases de temps des équipements (TB) Temps de vol : TD : délais de transmission= (TAàB + TBàA)/2 Page 21

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Diagramme fonctionnel de la synchronisation de la 7SD, tous les temps pour l’émission et la reception sont pris sur le dernier bit du télégramme. Sync. Function DTO Device at Station A

TD

tAA1S tAB1R

tA send

A1

A3 (tAA1S,tAB1R)

A2 B1

receive

B2

TA->B

A4

B3(tBA1R,tBB1S)

B4

TB->A

tB send receive

B1 A1

Device at Station B Page 22

B3 (tBA1R,tBB1S)

B2 A2

tBB1S tBA1R

A3 (tAA1S,tAB1R)

B4 A4

Sync. Function

DTO TD

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Pourquoi la synchronisation est-elle nécessaire: Deux équipements mesurent le même signal dans deux station différentes A et B . En plus du signal mesuré les 2 équipements calculent leur vecteur dI sur leur fenêter d’acquisition (TWindowA and TWindowB). Le décalage temporel est DtWindow . Station B

Station A SD i

SD i(t)=A sin(wt+f)

t

TWindow A A B Page 23

TWindow B

DtWindow SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Après la mesure, les équipements échangent leur résultat. La station B reçoit le vecteur de la station A. Avant que la station B puisse calculer le courant différentiel, elle doit convertir le signal de la station A dans sa propre base de temps et appliquer l’angle de correction sur le vecteur pour éliminer le décalage horaire DtWindow .

Im { I }

Phasor received in B from A in time base from A

Phasor received in B from A in time base from B

Mais que devient Shifting angle to eliminate the window difference (Dt) fshift = 2pfsignal Dt (rad) Page 24

Re { I }

dI ???

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors La correction du dI est plus compliquée. L’erreur de synchronisation est égale à

dfshift*|IA|.

Où dfshift est influencé principalement par les éléments dt and dfsignal. dIA in Time of A

dIA in Time of B =dIA in Time of A+dfshift*|IA|

Im { I } dfshift*|IA| Phasor received in B from A in time base from A

Phasor received in B from A in time base from B dfshift = 2pfsignal dt + 2pdfsignal Dt Dfshift = 2pfsignal Dt

Page 25

(rad)

(rad)

Re { I }

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors L’élément dfsignal est la précision sur la mesure de la fréquence du signal. C’est pourquoi il est préférable de connecter les TT aux équipements.

dt dépend principalement du paramètre 4506A pour le canal PDI 1 (4606A for PDI2). Im { I }

dIA in Time of A

dIA in Time of B = dIA in Time of A+dfshift*|IA|

L’utilisateur doit connaitre le temps de décalage max des dfshift*|IA| transmissions (0.250.. 0.500 ms est la plage normale pour les réseaux SDH/PDH).

dfshift = 2pfsignal dt + 2pdfsignal Dt

(rad)

Re { I } Page 26

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors La dernière question est comment determiner le dISync-Error et donc le paramètre 4506A (ex: avec la perturbographie). Exemple: -- Deux 7SD => station A P4506A = 0.4ms et station B P4506A = 0ms -- courant sur la ligne = 1 A -- tous les autres paramètres (ex : IDIFF>; CT error etc) sont supposés identiques dans les deux stations.

Station B

Station A

IA=1A in Phase A SD Protection Data Interface (PDI)

Page 27

P4506A=0.4ms

Com-Network

IB=1A in Phase A

SD

Protection Data Interface =0ms (PDI)

P4506A

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Dans la perturbographie ci-dessous on peut voir le courant de stabilisation supplémentaire (parameter 4506A) ansi crée.

126 mA additional restraint

Vérification des mesures: Station A P4506A= 0.4ms et Station B P4506A = 0

0 dfshift*|IA| where dfshift = 2pfsignal dt + 2pdfsignal Dt

|IA| 2pfsignal dt = 1A*2p*50Hz*0.4ms= 0.1256 A Page 28

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Conséquences : Pour calculer le courant différentiel il faut sommer deux vecteurs (IA et IB). Ces vecteurs doivent avoir la même fréquence et le même temps d’acquisition. Une mauvaise synchronisation (t0) créee un déphasage du vecteur (IB) et au final un courant différentiel (IDiff). Si les relais 7SD ne prennent pas en compte ces erreurs de synchronisation, il y aura un déclenchement intempestif!

IA=A e-j(wt+f) IB=B e-j(wt+f)

Page 29

IDiff IB=B e-j(w(t+t0)+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Comment observer ces effets dans la 7SD Exemple : Station B

Station A

IA=1A in Phase A SD Protection Data Interface (PDI)

TA->B=0 P4506A=0.4ms

Com-Network

IB=1A in Phase A

SD

TB->A= 0.7ms P4506A

Protection Data Interface =0ms (PDI)

Ci-contre, les résultats d’une transmission symétrique. Le courant différentiel est le résultat d’une mauvaise synchronisation des relais. ATTENTION: Ceci est un essai LABO qui n’est pas réalisable sur une ligne réelle car on ne peut pas différencier un courant de charge capacitif d’une erreur de synchronisation. Page 30

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Utilisation d’un GPS Station B

Station A

IA

Com-Network

IB SD

SD Protection Data Interface (PDI)

TA->B

TB->A

Protection Data Interface (PDI)

Dans certains réseau de télécommunication où l’erreur de synchronisation n’est pas connu, une autre méthode de synchronisation est nécessaire. Cette méthode est basée sur une horloge externe indépendante qui est capable de générer un signal de synchronisation aux 2 extrémités de la ligne avec une précision de l’ordre de la microseconde. Une solution pour l’horloge externe est le GPS – horloge avec une sortie 1PPS (1PPS one pulse per second). Page 31

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Utilisation de l’antenne GPS Station B

Station A GPS Antenna

GPS Clock 1 PPS

GPS Antenna

IA SD Protection Data Interface Port A (PDI)

TA->B

Com-Network

IB SD TB->A

Protection Data Interface Port A (PDI)

GPS Clock 1 PPS

Le diagramme ci-dessus montre l’utilisation de la synchronisation par GPS. Une antenne et horloge GPS est nécessaire à chaque extrémité de la ligne. La sortie 1PPS doit être connectée à l’entrée A des protections.

Page 32

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Principes de la protection Différentielle Ligne Sync-Errors Comment la synchronisation GPS fonctionne : retour à l’exemple du pilote: Exemple du pilote : Un pilote réalise le vol Francfort – New-York. Au décollage de Francfort il regarde l’heure locale et note cette heure. En atterissant à New-York il relève aussi l’heure locale. Après quelques heures, il décolle de New-York pour réaliser le vol retour et note les heures locales au décollage et à l’atterrissage.

Avec la synchronisation GPS le pilote est capable de calculer le décalage horaire. Les 7SD font la même chose. Chaque équipement transmet le temps d’acquisition du signal via le PDI. Avec ce principe de fonctionnement l’erreur de synchronisation est corrigée.

Page 33

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

La figure montre le calcul du Idiff dans la Station A.

Im { I }

dIA

dI = dIA+ dIB dIA

IA =A e-j(wt+f)

Parameter: IDIFF>

dIB IDiff = IA+ IB

IBreceive dIB Page 34

Re { I }

fshift

IB =B e-j(wt+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Im { I }

Station A calcul en local dI-vecteur et reçoit le dI-vecteur de la Station B.

dIA IA =A e-j(wt+f)

Re { I }

IBreceive dIB Page 35

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Im { I }

La station A doit synchroniser les 2 dI-vecteur et doit appliquer l’angle de correction fshift sur le dI-Phasor de la Station B.

IBreceive dIB Page 36

dIA IA =A e-j(wt+f)

Re { I }

fshift

IB =B e-j(wt+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Im { I }

Après la synchronisation des 2 dI-Phasors le calcul du vecteur Idiff peut être réalisé.

dIA IA =A e-j(wt+f) IDiff = IA+ IB

IBreceive dIB Page 37

Re { I }

fshift

IB =B e-j(wt+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Ensuite le dI-restraint est additionné au vecteur IDiff.

Im { I }

dIA

dI = dIA+ dIB dIA

IA =A e-j(wt+f)

dIB IDiff = IA+ IB Re { I }

dIB Page 38

IB =B e-j(wt+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Conclusion Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Pour prendre une décision de déclenchement le paramètre 1210 P-IDIFF> doit être ajouté.

Im { I }

dIA

dI = dIA+ dIB

IA =A e-j(wt+f)

Si l’origine fait partie du dernier cercle le relais est stable sinon celui-ci déclenche.

Parameter: IDIFF>

IDiff = IA+ IB Re { I }

dIB Page 39

IB =B e-j(wt+f) SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne Avantages Station B

Station A

IDiff trip area

IA

IB SD

SD Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

restraint area

Comparaison entre la courbe classique et celle de la 7SD

N

IRestraint

I Re stra int = å I i i =0

C’est un avantage si des TC différents sont utilisés de chaque côté de la ligne Ex : si un des TC sature du à une rémanence différente

IDiff trip area

forbidden area

L’avantage de la nouvelle caractéristique est que chaque erreur est considérée indépendamment.

restraint area

P-IDiff>

ΔIRest = P-IDiff>+ dI Page 40

SIEMENS SAS

DIRest

Principes de la protection Différentielle Ligne Avantages Station B

Station A

IDiff

IA SD Protection Data Interface (PDI)

trip area

IB SD Protection Data Interface (PDI)

restraint area

Comparaison entre la courbe classique et celle de la 7SD

N

I Re stra int = å I i i =0

IDiff trip area

forbidden area

Suite à de nouvelles investigations sur les perturbo des relais numériques, il apparait que des saturations peuvent survenir avec I < In/2 (par exemple sur défaut extérieur), où la deuxième partie de la courbe n’a aucun effet. Pour résoudre ce problème la 7SD doit être désensibilisée sur la 1ère partie de la courbe. (Donc la protection ne détecte plus les défauts interne de faible intensité).

restraint area

P-IDiff>

ΔIRest = P-IDiff>+ dI Page 41

IRestraint

SIEMENS SAS

DIRest

Principes de la protection Différentielle Ligne 3 et plus Jusqu’à maintenant seulement deux extrémités ont été prises en compte : Comment la protection fonctionne avec plus de deux extrémités.

La figure montre une ligne avec 3 extrémités en topologie “chaine”. Chaque station mesure son courant local, calcule le vecteur dI et le transmet sur le PDI.

PDI 2 PDI 1

SD Station C

Station A

Station B

SD

SD

PDI 1

Page 42

PDI 2

SIEMENS SAS

PDI 1

Principes de la protection Différentielle Ligne 3 et plus La Station B reçoit le vecteur dI de la Station A et additionne son propre vecteur dI à celui-ci, avant de transmettre cette somme partielle à la Station C. La Station C reçoit la somme partielle, calcul le courant différentiel et prend sa propre décision de déclenchement.

dIC PDI 2 PDI 1

IC

dIA+dIB+dIC

SD

La Station B envoit aussi une somme partielle à la Station A pour qu’elle puisse prendre sa décision.

Station C

Station A

Station B

IA

IB

SD

dIA

dIB+dIC

PDI 1

Page 43

dIA+dIB+dIC

SD PDI 2

SIEMENS SAS

PDI 1

dIA+dIB+dIC

dIA+dIB

Principes de la protection Différentielle Ligne 3 et plus Cette figure montre une topologie en anneau avec 4 stations. Si toutes les connexions sont “saines” l’anneau est virtuellement ouvert . Si une connexion est rompue ce lien entre en service. dIA+dIB+dIC

IC

PDI 2 PDI 1

Hot standby

Hot standby

Hot standby

PDI 1 PDI 2

dIA+dIB+dIC+dID

SD

Station D

IC

dIA+dIB+dIC+dID

SD Station C

ID

Station A

Station B

IA

IB

SD PDI 2

dIA

PDI 1

dIA+dIB+dIC+dID

Page 44

dIC+dID

dIB+dIC+dID

SD PDI 2

dIA+dIB

PDI 1

dIA+dIB+dIC+dID

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne 3 et plus Ex : une connexion est rompue, le lien en “standby” devient actif

dIB+dIC +dID

dI +dI IC A D

dIA+dIC+dID

PDI 2 PDI 1

PDI 1 PDI 2

dIA+dIB+dIC+dID

SD

dIB+dIC IC

SD

dIA+dIB+dIC+dID

Station C

Station D ID

dIA

Station A

Station B

IA

IB

SD

SD broken link

PDI 2

PDI 1

dIA+dIB+dIC+dID

Page 45

broken link

broken link PDI 2

dIB

PDI 1

dIA+dIB+dIC+dID

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne 3 et plus La topologie en anneau avec 3 stations marche différemment. Ici les 7SD communiquent directement avec les autres stations, donc il n’y pas plus de somme partielle. Si un lien est rompu, les sommes partielles sont rétablies. dIC

dIC PDI 2 PDI 1

IC

SD

dIA+dIB+dIC

Station C

dIA

Station A

Station B

IA

IB

SD PDI 2

PDI 1

dIA+dIB+dIC

Page 46

dIA

dIB

SD PDI 2

dIB

PDI 1

dIA+dIB+dIC

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF> Station B

Station A

IA

IB SD

SD

Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

forbidden area

IDiff

Page 47

trip area

Maintenant que le premier algorithme (I-DIFF>) a été expliqué, il est temps de voir le second algorithme (I-DIFF>>)

restraint area

P-IDiff>

DIRest SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

IA SD Protection Data Interface (PDI)

IB SD Protection Data Interface (PDI)

Le second algorithme (I-DIFF>>) est basé sur une “somme de charge”. Le principe est le même avec l’application de la “2ème loi de Kirshhoff” non plus sur les courants mais sur les charges (intégrale du courant). Les deux algorithmes fonctionnent en parallèle de façon totalement indépendante.

Page 48

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> La figure ci-dessous montre le principe de calcul. La fenêtre d’intégration est de 5ms. L’offset entre 2 fenêtre est de 2,5ms. La fenêtre d’intégration ne nécessite pas d’être synchronisée sur les échantillons. En général le calcul est la somme de 3 fenêtres d’intégration (Q1,Q2 et Q3). i

Q1 : interpollation entre temps de début et t1, Q2 intégration entre t1 et t5 et Q3 interpolation entre t5 et temps de fin.

i(t)=A sin(wt+f)

Q2 Q1 t0

1 sample

t1

t2

t3

tstart

Page 49

Q3

2,5ms window offset

t4

t5

t6

t7

t8

t9 t10 t11

tend

charge integration window (5ms)

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> L’interpollation entre le temps de début et t1 est fait comme suit : i(t _ Start ) =

i(t1) - i( t 0 ) t1 - t0

(t Start - t0 ) + i(t 0)

Q1 = 1 (t1 - t start ) · (i(t1) + i( t _ Start ) ) 2

On fait de même pour Q3 Q2 est calculé avec :

[

Q2 = 1 TSample i(t1) + 2i(t 2) + 2i(t 3) + 2i(t 4 ) + i( t 5) 2

La charge totale est la somme des 3 fenêtres

i(1) ] i (t start)

Qtotal=Q1+Q2+Q3

t0 Page 50

Q1

tstart

Q2

t1

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t2

Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

SD

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

Après le calcul de leur charge, les équipements échangent leur résultat via le PDI. Les charges différentielle et de stabilisation (QDIFF et dQ) sont calculées de manière analogue au courant différentiel. N

QDiff = å Qi i =0

N

et

DQ = å dQi i =0

Mais la caractéristique est différente.

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

SD

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

Protection Data Interface (PDI)

La décision de déclenchement est prise en fonction des formules suivantes: QDIFF

Déclenchement si :

QDiff > DQ

QDiff > P - QDiff >>

et

trip area

Où DQ est la charge de stabilisation et P-QDiff>> est le pramètre 1233

restraint area P-IDIFF>> (P-QDIFF>>) DQRest

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

SD Protection Data Interface (PDI)

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

Comment le I-DIFF>> est “stabilisé”(DQ): Le I-DIFF>> n’est pas influencé par les saturation des TC et les erreurs de synchronisation. Les saturations de TC sont réglées avec le paramètre 254 . I-DIFF>> a été conçu pour prendre une décision rapide sur les courants de défauts important, c’est pourquoi seules les erreurs significatives sont prises en compte. La synchronisation dans l’algorithme I-DIFF>> est faite de la même manière que dans l’algorithme I-DIFF>. ATTENTION : I-DIFF>> est bloqué si le paramètre 4506A (PDI1 et 4606A PDI2) dépasse 0.85 ms. Page 53

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

SD Protection Data Interface (PDI)

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

Quelques détails sur l’algorithme I-DIFF>> : n Le calcul de charge est sujet à la distorsion de signal. La somme des charges sera bloquée directement dès que le courant dépassera la limite fixée et qu’une saturation de TC sera suspectée. => les TC connectés aux 7SD ne doivent pas saturer avant 5ms.

n Si un transformateur est dans la zone protégée le paramètre 1233 doit être supérieur au courant maximal de magnétisation du transformateur. n Les charges différentielles et de stabilisation ne peuvent pas être lues sur la perturbographie. Page 54

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Dernière question concernant l’algorithme I-DIFF>> : Est-ce que l’on peut utiliser le I-DIFF>> avec plus de 2 extrémités??

La réponse est :

YES

PDI 2 PDI 1

SD Station C

Station A

Station B

SD

SD

PDI 1

Page 55

PDI 2

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PDI 1

Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> L’algorithme I-DIFF>> utilise le même principe de sommation partielle. La figure ci-contre montre le principe de fonctionnement avec 3 extrémités. dQC PDI 2 PDI 1

IC

dQA+dQB+dQC

SD Station C

Station A

Station B

IA

IB

SD PDI 2

dQA

PDI 1

dQA+dQB+dQC

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dQB+dQC

SD PDI 2

dQB+dQA

PDI 1

dQA+dQB+dQC

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Principes de la protection Différentielle Ligne I-DIFF>> Station B

Station A

SD Protection Data Interface (PDI)

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

La somme rapide des charges permet une prise de décision rapide pour le déclenchement ou non de la protection. n La somme des charges ne supprime ni la composante continu ni les harmonique. (intégration simple) C’est pourquoi il est conseillé d’avoir (Idiff>>) > ILoad,max (1.2 - 2 IN). n La somme des charges permet de prendre une décision en 5ms (5 ms window) interne: déclenchement immédiat (temps de déclenchement typique 12 ms pour une topologie de 2 ou 3 extrémités) pour un courant différentiel tel que IDiff > 1.2 - 2 IN externe: Si IFault > 2.5·P-IDiff>> blocage immédiat de la somme des charges car une saturation de TC est suspectée. Cela permet de renforcer la stabilité face aux saturations de TC. Page 57

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Après les explications du fonctionnement des 2 algorithmes une question persiste : Station B

Station A

SD Protection Data Interface (PDI)

IA (QA)

IB (QB)

SD Protection Data Interface (PDI)

Pourquoi SIEMENS a développé 2 algorithmes différents? Lors de la conception des protections 7SD52/53/610, il n’était pas possible d’être précis et rapide dans la même fonction de protection. C’est pourquoi SIEMENS a développé deux fonctions indépendantes. I-DIFF> et I-DIFF>>. Comment les deux algorithmes fonctionnent-ils ensemble? Page 58

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Comment fonctionnent-ils ensemble? La figure montre comment I-DIFF> et I-DIFF>> fonctionnent au cours d’un défaut.

i(t)

t

20ms

1

2

I-Diff> 1

I-Diff>>

2

3

5 3

5ms

4

6

invalid 4

6

5 9

7

invalid

8

10

invalid 13

11

11

7

12

8 invalid

9

10

17 invalid 18 14 invalid 19 invalid15 invalid 20 16 invalid invalid

Le vecteur pour la fonction I-DIFF> est calculé toutes les 5 ms sa fréquence est de 50Hz. La charge pour la fonction I-DIFF>> est calculée toutes 2,5 ms. La fenêtre d’intégration est de 5 ms qui correspond aussi à sa fréquence. Page 59

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Comment fonctionnent-ils ensemble? i(t)

t

20ms

1

2

I-Diff> 1

I-Diff>>

2

3

5 3

5ms

4

6

invalid 4

6

5 9

7

invalid

8

10

invalid 13

11

11

7

12

8 invalid

9

10

17 invalid 18 14 invalid 15 19 invalid invalid 20 16 invalid invalid

Si un défaut sur la ligne apparait, une discontinuité sur les signaux de courant est observée. Aussi longtemps que la discontinuité fait partie des fenêtres IDIFF> le vecteur dI ne peut être calculé (fenêtres 6 à 9 sont invalides). La première décision de déclenchement ne peut être prise qu’à partir de la fenêtre10 ! Page 60

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Comment fonctionnent-ils ensemble? i(t)

t

20ms

1

2

I-Diff> 1

I-Diff>>

2

3

5 3

5ms

4

6

invalid 4

6

5 9

7

invalid

8

10

invalid 13

11

11

7

12

8 invalid

9

10

17 invalid 18 14 invalid 19 invalid15 invalid 20 16 invalid invalid

La fonction I-DIFF>> est complémentaire à la fonction I-DIFF>. I-DIFF>> fonctionne pendant que I-DIFF> ne fonctionne pas. I-DIFF>> est bloquée quand une saturation de TC est suspectée, I-DIFF> redevient alors actif. Page 61

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Comment fonctionnent-ils ensemble? i(t)

t

20ms

1

2

I-Diff> 1

I-Diff>>

2

3

5 3

5ms

4

6

invalid 4

6

5 9

7

invalid

8

10

invalid 13

11

11

7

12

8 invalid

9

10

17 invalid 18 14 invalid 19 invalid15 invalid 20 16 invalid invalid

La décision de déclenchement (ou non) pour la fonction I-DIFF>> est prise en une fenêtre d’intégration pendant que la fonction I-DIFF> attend le prochain intervalle valide. Page 62

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Les Algorithmes I-DIFF>> et I-DIFF> Comment fonctionnent-ils ensemble? Quelques précisions sur la fonction I-DIF>> Avec le retour d’expérience sur les équipements en service (Plus de 20000 installés), la fonction I-DIFF>> permet de traiter plus de 80% des défauts sur les réseaux. i(t)

t

20ms

1

2

I-Diff> 1

I-Diff>> Page 63

2

3

5 3

5ms

4

6

invalid 4

6

5 9

7

invalid

8

10

invalid 13

11

11

7

12

8 invalid

9

10

17 invalid 18 14 invalid 19 invalid15 invalid 20 16 invalid invalid

SIEMENS SAS

Principes de la protection Différentielle Ligne

FIN

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