Protec~1

SONELGAZ DIRECTION DES RESSOURCESHUMAINES CENTRE DE FORMATION AIN M ’LILA Formation d’agents des centres de distribution chargés de la maintenance des étages HTA et des automates de réseau

Module II

Élaboré et animé par

Mr: Bencheikh El Hocine SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

1

CONTENU

Structure des réseaux HTA . Différents types de défauts . Notion sur le calcul des courants de court-circuit .

Réenclencheur : rôle – fonctionnement Relais de délestage-terre résistante et RSE

Notions sur RPN , BPN et les DTR

Réalisation d’une protection d’un départ HTA.

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2

1- Structure des réseaux HTA

1.1-Réseaux HTA aériens:

La structure des réseaux est arborescente à deux ordres de lignes : dorsales et dérivations .

Des sous dérivations peuvent être utilisées pour alimenter des charges isolées ou pour grouper sous un même interrupteur à commande manuelle un ensemble de poste HTA/BT ( fig.1.)

fig.1. SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

3

Des interrupteurs automatiques seront installés à l’endroit de dérivation pour permettre l’élimination de la dérivation en défaut.

Leur installation se fera suivant l’importance et la probabilité d’incidents sur la dérivation. .

Les sous-dérivations doivent être équipées , au point de raccordement à la dérivation , d’interrupteurs manuels.

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fig.1bis.

4

1.2-Réseaux HTA souterrain:

La structure des réseaux souterrains est à un seul type de lignes: les dorsales .

Ces réseaux , de par leur construction ( faible longueur et forte section des conducteurs ) sont le siège de chutes de tension réduites.

De ce fait,et tenant compte de l’importance des incidents, il sera prévu une réalimentation soit par les réseaux voisins soit par un câble de secours ( fig.2.)

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fig.2.

5

1.2.1-Structures utilisables en réseaux souterrains 1.2.11-la structure maillée ( fig.3.): Permet la réalimentation en cas d’indisponibilité d’un tronçon ou d’un poste HTA/BT après élimination de l’élément défectueux . fig.3 Elle présente l’inconvénient de n’utiliser les câble que partiellement par rapport à leur capacité .

Elle exige de plus un point commun par paire de câble et demande une surveillance continue du réseau en fonction de l’accroissement de la charge. .

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6

1.2.12-la structure à artère source à source ( fig.4.):

Où les câbles sont issus de deux sources distinctes .

Cette structure est cependant utilisée dans le cas de postes HTB/HTA où la puissance ne peut être garantie.

fig.4

Cette solution limite la charge à la moitié de la capacité des câbles de distribution.

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7

Cette structure peut se développer dès que la charge croit vers un cas particulier de la structure fuseau avec un câble de secours et une liaison par câble entre les différents points d’ouverture ( fig.5.).

fig.5.

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8

1.2.13- la structure en épi ( fig.6.): Où chaque câbles de distribution est rabattu à son extrémité au câble de secours Le point de connexion est en général un poste de distribution publique alimenté soit par le câble de distribution soit par le câble de secours.

fig.6

Cette structure permet une meilleure utilisation des câbles par rapport aux deux structures précédentes .

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9

1.2.13- la structure en fuseau ( fig.7.):

Tous les câbles de distribution aboutissent en un point unique qui permet de secourir chacun de ces derniers et contribue à une reprise rapide du service par la diminution des durées d’interruption .

Elle s’intègre bien dans les réseaux existants et permet une pose progressive des câbles.

fig.7

Cette structure sera utilisée préférentiellement .

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1.3.- Isolement des défauts et reprise de service ( fig.8.):

fig.8 L’isolement des défauts et la reprise du service sont assurés par l’alimentation des postes HTA/BT en coupure d’artère .

1.4.- le raccordement en double dérivation ( fig.9.):

fig.9 Permet une grande sécurité d’alimentation et une reprise automatique de service.

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2 - DIFFERENTS TYPES DE DEFAUTS 2.1-Situations des défauts par rapport aux conducteurs : Les diverses situations possibles des défauts par rapport aux conducteurs sont : Ph1 Ph2 Ph3 T

Défauts entre Conducteurs de phase ( défauts biphasés)

Défauts entre Conducteurs de phase et la terre ( défauts monophasé)

Défauts entre plusieurs Conducteurs de phase et la terre ( défauts polyphasés à la terre ) SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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2.2- Classement des défauts en fonction de leur persistance: - Auto-extincteurs : De très faible durée , il disparaissent d’eux même sans qu’il soit nécessaire de couper le départ. -Défauts fugitifs : disparaissent après une coupure très brève de l’ordre de 0,3 seconde ( amorçage avec arc ) . -Défauts semi - permanents : ne disparaissent que si le départ est coupé pendant plusieurs secondes ( branchette entre conducteurs par exemple ) . - Défauts permanent : nécessitent l’intervention humaine . Leur durée ne dépend que de la rapidité de cette intervention . SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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2.3-Statistiques des répartitions des défauts :

Ces défauts ne se produisent pas à la même fréquence , car les statistiques donnent la répartition suivante :

- Auto-extincteurs : 5 % - Fugitifs : 70 % à 80 % - Semi- permanents : 05 % à 15 % - Permanents :

05 % à 15 %

Ces chiffres justifient l’utilisation d’appareils automatiques qui coupent les départs affectés le temps nécessaire à l’élimination des défauts non permanents .

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3- Notion sur le calcul des courants de court-circuit

3.1-Court-circuit triphasé ( fig.1. ) C’est le défaut qui correspond à la réunion des trois phases. L’intensité de court-circuit Icc3 est :

Avec :

-U (tension composée entre phases) correspondant à la tension à vide du transformateur, Zcc, impédance équivalente à toutes les impédances parcourues par l’Icc du générateur jusqu’au point de défaut .

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l’impédance «directe» par phase :

Avec: ∑R = somme des résistances en série, ∑X = somme des réactances en série.

Le défaut triphasé est généralement considéré comme celui provoquant les courants de défaut les plus élevés.

fig.1. SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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3.2- Court-circuit biphasé isolé ( fig.2.) : Il correspond à un défaut entre deux phases, alimenté sous une tension composée U.

L’intensité Icc2 débitée est alors inférieure à celle du défaut triphasé :

fig.2 SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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3.3-Court-circuit phase terre fig.3: La valeur de ce courant dépend de l’impédance Zn située entre le neutre et la terre ; cette impédance peut être : - quasiment nulle si le neutre est directement mis à la terre (en série avec la résistance de prise de terre) - ou au contraire quasiment infinie si le neutre est isolé (en parallèle avec la capacité phase terre du réseau).

Ce courant de court-circuit déséquilibré nécessite de faire appel pour son calcul à la méthode des composantes symétriques.

Cette méthode remplace le réseau réel par la superposition de 3 réseaux : direct, inverse, homopolaire.

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Chaque élément du réseau est ainsi caractérisé par 3 impédances :

Z1 directe, Z2 inverse, Zo homopolaire.

La valeur du courant Io de défaut phase terre est :

Io = U √ 3 / ( Z1 + Z2 + Zo + 3 Zn )

En pratique : Io = U / √ 3 Zn

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3.4- Détermination des diverses impédances de court-circuit:

3.4.1-- Impédance du réseau amont

La connaissance du réseau amont se limite généralement aux indications fournies par le distributeur, à savoir uniquement la puissance de court-circuit Scc (en MVA).

L’impédance équivalente du réseau amont est :

U : est la tension composée du réseau non chargé.

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3.4.2-- Impédance interne du transformateur : L’impédance se calcule à partir de la tension de court-circuit Ucc exprimée en % :

Avec : U = tension composée à vide du transformateur, Sn = puissance apparente du transformateur Ucc = tension de court-circuit du transformateur

En général RT K Ilt

le seuil sera réglé à :

Is < IR < K It

- Si 0,85 IB < K Ilt

le seuil sera réglé à :

IS < IR < 0,85 IB

Le temps minimum d'intervention est de 0,5 s Ilt : courant limite thermique de la ligne IB : courant de court-circuit biphasé à l'extrémité de la ligne K : coefficient de surcharge admissible sur les conducteurs Le second seuil ( I R2 ) devra éliminer rapidement les courts-circuits d'un courant élevé et il devra être insensible aux défauts sur le réseau BT.

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Type de réseau

Aérien 30 KV

Câble 10 KV

Câble 30 KV

Section ( mm2 ) 34,4

LT (A)

Tenue thermique ( KA pendant 1 S )

140

3,2

93,3

270

8,8

Cu

120

300

All

180

300

15,3 (A)

Cu

70

230

9,2 (A)

Alm

15,3 (A)

17,2 (B) 17,2 (B) 10,0 (B)

T2-3 SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

50

Dans les conditions les plus défavorables , le courant de court-circuit en aval du transformateur MT/BT, reporté au primaire, sera:

P2 100 I cc = -------------------√3 VN2 V cc avec une marge de sécurité, la valeur de réglage sera: où:

P2

I R2 = 1,3 Icc

: puissance maximum du transformateur MT/BT installé sur la ligne

V N2 : tension nominale du système MT V cc : tension de court-circuit du transformateur MT/BT (en pour cent) Si la puissance du transformateur MT/BT est inférieure à 400 kVA la valeur de réglage sera:

I R2

> 2I R1

Le temps d'intervention sera instantané SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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7.2.2- Système à un seuil de réglage Le réglage des relais à maximum de courant, à un seuil d'intervention devra satisfaire aux conditions suivantes:

- Si

0,85 . IB > Ki lt le relais devra être réglé à:

IS < IR ≤ KI lt

- Si

0,85 . IB < KI lt le relais devra être réglé à:

IS < IR ≤ 0, 85 . IB

où: I lt : courant à la limite thermique du tronçon de ligne concerné K : coefficient de surcharge admissible sur les conducteurs IS : courant maximum d'exploitation du tronçon IR : courant de réglage du relais à maximum de courant IB : courant de court-circuit biphasé au bout du tronçon concerné. Le temps minimum d'intervention du relais sera 0,3 s . SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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7.3- Protection contre les défauts entre phases et terre

La détection des défauts à la terre doit s'effectuer au niveau de chaque départ MT à l'aide d'un relais à maximum de courant résiduel.

1

Ce relais est sensible en cas de défaut à la terre au triple de la composante homopolaire du courant de défaut.

2

3

TC Le relais est, en général, monté sur le neutre de l'étoile formée par les secondaires des trois transformateurs de courant du départ ( fig.2.) . RH fig.2. SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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Dans le cas où le raccordement entre le disjoncteur du départ aérien MT et le premier poteau est fait par une liaison en câble les transformateurs de courant pour la protection sont ( fig.3.) 1

2

3

RMA

TC RMA (1) La mise à la terre de la gaine du câble MT doit passer dans le TC toroïdal . 1 TT0

RH fig.3.

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Le relais de courant homopolaire doit être réglé à une valeur qui dépend:

du courant résiduel (I0 ) sur les départs sains, en raison du retour d'une partie de courant de défaut à la terre à travers la capacité homopolaire des conducteurs.

du courant résiduel (Iη ) au secondaire des transformateurs de courant, calculé en l'absence d'un défaut à la terre sur le réseau.

Il sera nécessaire de mesurer le courant résiduel (I0 ) sur les départs sains ou de le calculer sur la base de la capacité homopolaire. Pour ce qui concerne le courant résiduel ( I0 ) au secondaire des transformateurs de courant il faut souligner que cette valeur est négligeable dans le cas d'emploi d'un transformateur du type tore. SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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Le réglage du seuil du relais sera:

I RO = K ( I η ) + Io ) I RO = K Io

pour le schéma de fig.2

pour le schéma de fig. 3

avec: Iη : courant dû au faux rendement homopolaire des réducteurs de courant Io : contribution homopolaire maximum de la ligne dorsale et des dérivations en aval des protections K = coefficient de sécurité environ égal 1,2 -1,5.

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7.4-REALISATION D’UN ENSEMBLE DE PROTECTION D’UN DEPART HTA TC

Ph1

I1 I2

Ph2

I3

Ph3 TC RMA

RMA

I1 + I2 + I3

+

RMA Homop .

RT

_ Déclenchement disjoncteur SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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Le schéma ci-après , constitue le schéma guide à partir du quel les différents constructeurs ont réalisé les ensembles de protection des réseaux HTA à neutre à la terre .

( + ) a

A 1 3

2

A1

e

B1

C1

A2

B2

B 4

D

D1

C 5

Circuit de mesure

6

(-)

b

d

c

f

Circuit à courant continu SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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A et B désignent les relais de courant de phase , C le relais de courant homopolaire et D le relais de temps ( réglage de 0,3 à 3 secondes ) .

Les contacts instantanés des relais A , B , C sont associés en parallèle et assurent simultanément : - La mise en route par la borne b du dispositif de réenclenchement rapide ,

- L’excitation du relais D qui donne par la borne C l’ordre de déclenchement temporisé .

Il y a lieu de noter que les relais de courant de phase sont munis d’un second contact instantané destiné à fournir une indication de surintensité lorsque l’ensemble de protection est utilisé non plus sur un départ MT , mais sur une arrivée transformateur .

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8 - TERRE RESISTANTE

Pour éviter certains déclenchements intempestifs , le seuil de réglage du relais homopolaire est relativement élevé , sa limite est fixée , soit par le calibre des TC , soit par le courant résiduel de capacité des départs MT. Cette limite , comprise entre 5 et 15A , ne permet pas de détecter les défauts résistants. Dans ces conditions , un défaut résistant risque de ne pas provoquer le fonctionnement de cette protection . Ce pendant un tel défaut est dangereux et doit être éliminé .

Pour cette raison,la sécurité exige que la tension soit supprimée sur le départ en défaut. Un dispositif sensible, capable de détecter les terres résistantes est donc nécessaire. Il viendra compléter les protections à courant résiduel existantes sur le réseau .

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60

8.1-Détecteur de terres résistantes Le relais de courant sensible est associé à un relais de temps réglé à une vingtaine de secondes afin de ne pas agir sur des défauts disparaissant d'eux-mêmes .

Au bout de cette temporisation il y a émission d'un ordre qui peut commander une simple signalisation ou mettre en route un automatisme de recherche du départ en défaut.

L'élément de mesure est un relais sensible alimenté par un TC spécial inséré dans la connexion de mise à la terre du neutre du transformateur.

8.2- Dispositif de recherche des terres résistantes Ce dispositif associé au détecteur de terre , se substitue au personnel d'exploitation , dont le rôle consistait à mettre hors tension les départs , jusqu'à l'élimination du défaut .

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61

8.4- Interprétation Chaque départ est ausculté pendant un temps d'environ 2 secondes , au cours duquel la mise en route du réenclencheur est provoquée.

Le départ subit alors un cycle d'ouverture -fermeture rapide (O-F ). - Si le défaut existe encore , le réenclencheur lent est interdit et la recherche continue et passe à l'autre départ ;

- Si le défaut disparaît l'auscultation des départs est arrêtée sur le départ en cause ; un réenclenchement lent est alors provoqué conduisant à l'ouverture définitive du départ si le défaut est permanent .

- Si après une première exploration de tous les départs le défaut persiste , le DRTR commande soit l’ouverture du disjoncteur arrivée soit une signalisation spéciale.

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8.5-Réglage d'une protection ampère métrique de terres résistantes Il doit être réglé sur son plus faible seuil , soit 0,5A., ce qui permet de déceler des défauts de résistance voisine de 11000 Ω en 10 kV et de 35000 Ω en 30kV;

Toutefois il ne doit pas être sensible au courant permanent existant en l'absence de défaut, qui résulte:

- des courants hornopolaires produits par les harmoniques de rang 3 et multiple de 3 ;

- des courants â 50Hz dont les causes peuvent être : - déséquilibre des capacités entre chacune des trois phases du réseau et la terre ( une ligne en nappe-voûte, non transposée conduit à un courant permanent dû au déséquilibre capacitif de l'ordre de 0,25A/ 100km ). - déséquilibre des tensions sur les trois phases. SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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9-Régime spécial d’exploitation ( RSE ) Application : Les automatismes RSE A ou RSE B sont mis en service sur les départs aériens pour effectuer des travaux sous tension. Ces automatismes doivent être capables de déclencher rapidement sans réenclenchement.

Fonctionnement : Le passage en RSE peut s'effectuer: - sur place (cellule) par un commutateur à clé - à distance par télécommande

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9.1-Régime RSE A :

- sur enclenchement volontaire, les temporisations normales sont rétablies pendant une seconde. - les cycles de réenclenchement sont supprimés . - les protections max. I et max. I résiduel déclenchent en instantané.

- la protection PTR déclenche en 1,2 s - en secours une DTR déclenche en 1,5 s - suppression relestage - suppression directionnalité des protections de terre.

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9.2- Régime RSE B :

- sur enclenchement volontaire, les temporisations normales sont rétablies pendant une seconde.

- les cycles de réenclenchement sont supprimés - la protections max. I déclenche en instantané - la protection homopolaire est supprimée - déclenchement par TRI - suppression relestage.

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+ RT 1,5 s Maxi.

Détecteur de terre résistante

Barre terre résistante temporisée C

Barre terre résistante instantanée Protection sélective du départ

+

+ Relais auxiliaire de déclenchement

A

B

C

)

CT1 C

CT2

1

3 2

_

CT3 3

1

1

2

3

2

D

CT4

Position I

CT5 3

1

1

2

3 2

Bobine du relais de Courant homopolaire Cycle lent mise en route

Cycle rapide mise en route

Contrôle présence terre résistante Relais de déclenchement

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10- Exemple d’application – poste de répartition N°19 de Blida - 30/10KV

La méthode de réglage de protection sera exposée sur le départ N° : 21 Sposio :.

30/10KV -10 MVA UCC 10,2% -PCC 250MVA

3440 m

A

532 m

1085 m

D

310 m 977 m B

C SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

68

Câble cuivre section 120 mm2 longueur = 5077m

Caractéristiques des protections : * Transformateur de courant 200/5 * PAK 412 comportant : - 2 relais de phases RMA 420 ; calibre 5-10 réglable entre 3 et 12A. - 1 relais homopolaire RMA 420 ; calibre 0,5-1 réglable entre 0,3 et 1,2A - un relais de temps RT210 ; calibre 0,2 – 1,5 s

Calcul de l’impédance amont ramenée en 10KV:

ZdA ( Ώ ) = Un 2 ( kV ) / Scc ( MVA ) ZdA = 10x10 / 250 = j 0,4 Ώ SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

69

Calcul de l’impédance du transformateur 30/10KV:

Ucc Unt2 ( kV ) ZdT( Ώ ) = ------- x ---------------100 Sn ( MVA)

10,2 (10,5)2 ZdT( Ώ ) = ------- x ---------- = 1,124 Ώ 100 10

* Unt tension nominale secondaire du transformateur . * 10,5 KV pour les réseaux l 0 KV * 33 KV pour les réseaux 30 KV

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70

Calcul de l’impédance de la ligne :

Les résistances kilométriques par phase d'un conducteur de section S est donnée par les expressions approximatives suivantes : - Cuivre: R (Ω)= 18 / s (mm2) - Aluminum

: R (Ω) = 30 / s (mm2)

- Almelec

: R (Ω) = 33 / s (mm2)

- Aluminium Acier : R (Ω) = 36 / s (mm2)

La valeur de la réactance kilométrique par phase est approximativement : - X (Ω / km ) = 0,4 pour les lignes aériennes - X (Ω / krn ) = 0, l environ pour les câbles souterrains.

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71

La plus grande impédance de départ se trouve au point D

( le plus éloigné ).

ZAD= RAD + j XAD RAD= ρ ( L / S ) = 18 x( 5,077 /120) = 0,76 Ω XAD= L x 0,1 = 5,077 x 0,1 = j 0,5077 Ω Zd= √ (RAD)2 + ( XAD + XdT + XdA )2 Zd= √ (0,76)2 + ( 0,4 + 1,124 + 0,5077)2 SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

Zd = 2,16 Ω 72

* Calcul de I ccb : Iccb = √3 Vn / 2 Zd

=

10 000 / 2x 2,16 = 2314,8 A

Réglage du relais de phase :

- Si 0,85 IB > K Ilt

le seuil sera réglé à :

Is < IR < KIIt

- Si 0,85 IB < K Ilt

le seuil sera réglé à :

IS < IR < 0,85 IB

Is = 1,3 InTC = 1,3 X 5 = 6,5 A . Côté primaire du TC :

( 6,5 x 200 ) / 5 = 260 A

0,85 Iccb = 0,85 x 2314,8 = 1976,58 A Côté secondaire du TC :

(1976.58 x 5) : 200 = 49,189 A SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

73

Le courant limite thermique de la section 120 mm2 d’un câble en cuivre est : 300 A Avec un coefficient de surcharge K = 1,2 on aura : KIIt = 1,2 x 300 = 360 A Côté secondaire du TC :

le seuil sera réglé à :

( 360 x 5 ) / 200 = 9 A

Is < IR < KIIt

260 < IR < 360A La valeur du réglage sera :

6,5 < I rég. < 9 A

Donc le réglage adopté I rég. = 08 A SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

74

* Calcul de 3 I0 :

D’après le tableau donnant la capacité homopolaire pour la section de 120 mm2 du câble à champ radial : 3I0 = 2,24 A/ Km pour notre départ : 3I0 = 2,24 x 6,344 = 14,21 A Réglage du relais homopolaire : Nous avons : I0R > K 3I0 K dépend du type du relais utilisé ici K = 2 donc : I0R > 2 x 14,21 = 28,42 A Côté secondaire du TC : ( 28,42 x 5 ) / 200 = 0,71 A réglage adopté : I rég. = 0,75 A SONELGAZ - CENTRE DE FORMATION DE AIN M'LILA

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Tension De service (KV)

Tension Spécifique (kV)

Sec tion

Câble souterrains isolés au papier

Lignes aériennes

mm2

10

30

5, 8

17 ,5

Câble à champ radial

Câble tripolaire à champ non radial

unipolaire

Conducteurs Ronds

Conducteurs sectoraux

C0 F/km

3I0 A/km

C0 F/km

3I0 A/km

C0 F/km

3I0 A/km

30 38 48 75 95 116 148 240

0,32 0,35 0,40 0,48 0,52 0,58 0,64 0,79

1,74 1,9 2,18 2,61 2,83 3,16 3,48 4,3

0,10 0,11 0,11 0,12 0,12 0,13 0,13 0,14

0,57 0,58 0,60 0,65 0,67 0,70 0,73 0,78

0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,18 0,19 0,22

0,64 0,69 0,73 0,84 0,90 0,96 01,04 1,18

75

0 ,33

5 ,39

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C0

3I0

F/km

F/km

5 x 10-3

0,027

0,081

76