relais numérique

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4. Présentation des relais numérique : Dans les circuits des relais numérique, on trouve les circuits numériques suivants : les convertisseurs Analogique/Numérique (A/N) et Numérique/Analogique (N/A), les microprocesseurs, les multiplexeurs et les démultiplexeurs, d émultiplexeurs, les circuits d'échantillon et autres circuits intégrés. Les relais de protection numérique peut être programmé pour effectuer plusieurs protection, dans les normes normes CEI ont défini pour chaque protection protection un code, c’est c’est le code AINSI. L’ensemble de code de protection protection qui sera utile pour ce projet sont sont regroupé dans le tableau suivant : Tableau 1 : Code de protection AINSI selon la CEI

50/51

Maximum de courant

50N/51N Maximum de courant homopolaire 67/67N

Directionnel de courant phase ou terre

32P/32N

Directionnel de puissance phase ou terre

46

Désééquilibre de courant

49

Image thermique Alarme et déclenchement

51BF

Défaillance disjoncteur

27/59

Maximum et/ou minimum de tension

47

Seuil à max de composante inverse de tension

59UO

Maximum de tension homopolaire

81

Maximum et/ou minimum de fréquence

68

Sélectivité logique

74

Supervision du circuit de déclenchement

I²t

Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur

87

Protection différentielle à pourcentage

87N

Protection haute impédance pour la détection de défaut à la terre très résistant ou fortement impédant

NAHIDI Hassan 48

Contrôle de la phase de démarrage sous tension réduite et séquence de démarrage

66

Nombre de démarrages consécutifs

55/78

Minimum de facteur de puissance

15

Contrôle de la vitesse

RT

Commande à distance

4.1. Protection différentiel ligne Micom P422 : Le fonctionnement de la protection de distance est basé sur l'utilisation simultanée de deux algorithmes de distance indépendants :  Calcul des valeurs de transition caractéristiques du défaut (algorithmes en "Delta").  Mesure d'impédance (algorithmes "Classiques").

Ces deux algorithmes permettent à la protection de détecter tous les types de défaut sur les ouvrages électriques. Les calculs d'impédance sont effectués sur chacun des échantillons pour la totalité des six boucles AN, BN, CN, AB, BC et CA, ce qui en fait un véritable équipement de protection de distance numérique non-commuté. Fondé sur les grandeurs de transition, l'algorithme en d elta est une technique brevetée bénéficiant d’une grande expérience dans différents équipements. L'algorithme en delta utilise les signaux superposés apparaissant pendant un défaut pour détecter celui-ci, sélectionner la phase en défaut et déterminer la direction du défaut. L'élément directionnel utilise le signe de l'énergie calculée à partir de DV (variation de tension) e t de DI (variation de courant) pour déterminer la direction du défaut.  Pour un défaut aval, ΔV et ΔI sont de polarité opposée et  Pour un défaut amont, ΔV et ΔI sont de même polarité.

Les éléments de détermination de phase et de directionnel peuvent changer leur décision si nécessaire, par exemple lors de défauts évolutifs. Le modèle de la série MiCOM P442comportent :  Un afficheur à cristaux liquides rétro-éclairé (3 lignes).  2 voyants LED (dont 8 programmables).  Un port RS232 et un port RS485.  Un second port RS232/RS485/K-Bus en option (P442 & P444 seulement).  Un port de téléchargement/calibration.

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 Des contacts de défaut équipement (travail et repos)  Une tension +48V contrôlée et fournie par

l'équipement lui-même.  Des entrées courant bi-calibre 1A/5A  Un second port RS232/RS485/K-Bus en option  Un port de téléchargement/calibration.

Figure 1 : MICOM P442

 Contient les fonctions de protection 21 G, 21p, 50/27, 50/51, 50/51N, 51FF, 32N, 67,    

67N, 78, 46BC, 50BF, 25, 79, 59, 27, Mesure :Va, Vb, Vc, Vn, Vab, Vbc, Vca, la, lb, Ic, In, Im, F, Wa, Wb, Wc,Wtotal,VARa,VARb, VARc,VARtotal, VAa, VAb, VAc. Enregistreur d'évènement (ECE). Localisateur de défaut. Oscillopedurbographie.

4.2. Protection de distance SIPROTEC 7SA63 : La protection de distance est assurée par la protection SIPROTEC 7SA63 de SIEMENS, elle assurera en plus de la fonction de protection 21, les fonctions de protection 67, 67N, 27, 59, 25, 79, MU et LD décrites précédemment. La protection 7SA63 permet l'élimination rapide et sûre de n'importe quel type de défaut. Les algorithmes de distance et de directionnel uniques offrent un ensemble

Figure 2 : Relais de protection de distance 7SA63

optimum de rapidité, sélectivité et sécurité pour tous les types de défauts et les cas d'applications les plus difficiles, En outre cet équipement offre les avantages suivants :  Equipement standard pour tous les types d’applications.  Stock de pièces détachées réduit avec notamment des entrées courant bi-calibre      

(1A/5A). Réduction du nombre de boîtiers. Intégration dans un système de contrôle-commande simplifiée grâce à un é ventail de protocoles de communication. Synchronisation horaire de tous les équipements de protection. Analyse des défauts plus rapide grâce au consignateur d'événements, au compterendu de défaut et à la perturbographie. Disponibilité maximale de l'équipement grâce à des autocontrôles complets et aux fonctions de supervision (TC, TP, circuit de déclenchement). Fiabilité améliorée grâce à deux principes de détection de défauts différents.

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4.3. Protection jeu de barre Siemens SIPROTEC 7SS52 : La protection SIPROTEC 7SS52 est une protection numérique rapide, par phase et fiable contre les défaillances de jeux de barres et de disjoncteurs dans des installations de distribution basse, moyenne et haute tension et offre un grand nombre de configurations du jeu de barres. La protection est appropriée pour tous les types d 'organe de manœuvre à noyau en fer ou pour les transformateurs de courantes linéarités. Le court temps de déclenchement est avant tout avantageux pour les applications à limites de défaut élevées ou là où le déclenchement doit avoir lieu immédiatement pour assurer la stabilité du réseau. Grâce à la construction modulaire du matériel, la protection peut être ajustée de manière optimale à la configuration du jeu de barres. La disposition décentralisée permet de réduire considérablement les frais de câblage dans l’installation de distribution. La protection de jeux de barres 7SS52 s’utilise dans les systèmes de jeux de barres simples, doubles ou triples avec ou sans commutation entre les jeux de barres et sans commutation entre les jeux de barres dans les systèmes de jeux de barres quadruples avec jusqu’à 48 travées, 16 disjoncteurs de couplage, et 24 sectionneurs

Figure 3 : Relais de protection différentiel de  jeu barre

longitudinaux et 12 sections de jeux de barres

4.4. Protection et système de mesure de départs HT UFM : Les UFM représentent un système de mesure et de protection des départs 60kV de MicroEner. Ils réalisent dans un même boîtier les f onctions de :  Protections électriques : Ampérométrique, Volumétrique, Fréquencemétritque,

Wattmétrique.  Comptage de l'énergie active et réactive dans les quatre quadrants  Mesure de l'ensemble des grandeurs électriques.  Contrôle du disjoncteur avec des E/S programmables et sa commande locale  Pedurbographie sur 8 voies avec une durée d'enregistrement de 2 secs par voie  Synoptique animé de la position du disjoncteur  Contrôle commande Comme tous les systèmes te la gamme Ultra M, l’UFM se présente sous la forme d'un tiroir électronique modulaire monté dans un boîtier métallique de du de haut. Ce dernier est muni de court-circuiteurs sur les voies courant permettant l'extraction du module électronique en charge. La face avant de l'appareil est équipée d'un afficheur graphique, d'un clavier permettant la programmation et l'exploitation de l'appareil sans l'utilisation d'un PC ou

NAHIDI Hassan d'une calculette supplémentaire. Toutefois, un port de liaison série de type RS232 permet l'utilisation d'un PC pour la programmation. L'afficheur graphique, en plus des valeurs de p rogrammation, indique en permanence les grandeurs électriques : Tension, Courant, Fréquence, Puissances Active et Réactive, et la position de l'organe de coupure auquel il est raccordé grâce au synoptique animé visible à l'avant de I'UFM. L'interface homme- machine se complète par une signalisation lumineuse, indiquant l'état de bluff, et un clavier pour une commande locale de l'organe de coupure. L'unité volumétrique de bluff se raccorde au secondaire de TP couplés en étoile dont la valeur de la tension nominale est comprise entre 50 V et 150 V.

Les unités ampérométriques sont bi-calibres. Elles se raccordent sur des TI dont le calibre nominal au secondaire est 1A ou 5A, L'unité homopolaire se raccorde sur les TI de l'unité phases câblés en montage sommation, ou sur un tore dont le calibre nominal est 1A, Les deux unités homopolaires sont équipées de filtres numériques

Figure 4 : Relais UFM

assurant l'insensibilité de la protection aux harmoniques de rang 3 et plus. Caractéristiques électriques Courant nominal : In = 1 ou 5 A - Ion = 1 ou 5 A. Surcharge ampérométriques : 500A (100 ln) pendant 1 s – 20A (4ln) permanent. Consommation des voies ampérométriques : 0,2 VA/phase à In - 0,06 VA/homopolaire à I on. Tension nominale : Un = 100 V à 125 V. Surcharge volumétrique : 2 Un permanent. Consommation des voies volumétrique : 0,2 VA à Un. Précision : Seuils : < 5 %. Temporisations : < 2 %. Consommation moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA. Relais de sortie : (en nombre de six) Courant nominal 5 A, Vn = 380 Vca,

NAHIDI Hassan Charge résistive = 1 100 W (380 V max). Pouvoir de fermeture : 30 A (impulsionnel) pendant 0,5 s. Coupure : 0,3 A, 1 10 V cc L/R = 40 ms, 100 000 manœuvres. L'UFM a deux gammes de réglage (protection adaptative) et assure les fonctions de protections suivantes : 50/51 : Maximum de courant. 50N/51N : Maximum de courant homopolaire. 67/67N : Directionnel de courant phase ou terre. 32P/32N: Directionnel de puissance phase ou terre. 46 : Déséquilibre de courant. 27/59 : Maximum et/ou minimum de tension. 59Uo : Maximum de tension homopolaire. 81 : maximum et/ou minimum de fréquence. 68 : Sélectivité logique. 50BF/51BF : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de détecter la non ouverture du disjoncteur à ça suite de l'émission d'un ordre de déclenchement par la protection une lors de la détection d'un défaut ampérométrique. 74 : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de vérifier la continuité de la filerie entre le relais de sortie de la protection et la bobine de déclenchement du disjoncteur, 2

I t : Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur grâce à la mesure des ampères coupés, permet de définir les périodes d'intervention sur l'organe de coupure. L'afficheur graphique de l’UFM indique en permanence et sous la forme d'un synoptique animé la position de l'organe de coupure auquel il est raccordé ainsi qu'en temps réel les grandeurs suivantes: Les courants de ligne : la, lb, Ic. Les tensions : Va, Vb, Vc, Ua, Ub, Uc. Le facteur de puissance. PF a, PFb, PFc. Le fleurant homopolaire : l0. La tension homopolaire : Uo.

NAHIDI Hassan La puissance active : P a, Pb, Pc. La puissance réactive. Q a, Q b, Q c. Les UFM enregistrent plusieurs types d'événements :  Les 100 derniers événements de quelque nature qu'ils soient (logique,

déclenchement).  Les 10 derniers défauts avec la cause du déclenchement clairement identifiée et horodatée ainsi que la capture des grandeurs électriques à l'instant du déclenchement.  La trace oscillographique des 8 voies d'entrée (3U ,3I, U o et I0) sur une durée de 2 secondes par voie. L’ordre de démarrage de l'enregistrement oscillographique est programmable et peut être interne ou externe à UFM. La led ''TRIP'' indique un déclenchement d'un des relais de sortie affecté à l'une des fonctions protection de l'appareil. Concernant la signalisation de déclenchement, l'état de la led ''TRIP'' re ste mémorisé après la disparition du défaut, même lors de la perte de la source auxiliaire. En cas de disparition de celle-ci, la led retrouve son état initial au retour de l'alimentation. La remise à zéro de la signalisation s'effectue en local par le bouton poussoir dédié accessible à l'avant de l'appareil, ou par la liaison série depuis le superviseur. Les UFM sont équipés de deux ports de liaison série : Le premier, accessible à l'avant des appareils, est de type R5232.Il est prévu pour la configuration en local à l'aide d'une console de programmation. Le second, accessible à l'arrière de l'appareil, est quant à lui, de type RS485. Il est prévu pour intégrer bluff dans une supervision afin de réaliser le contrôle commande du poste depuis un superviseur. Dans notre projet ce relais est utilisé dans Les tranches départs transformateur 60kv/10kv des postes PJ0, PJ1, PJ2, PJ3, PJ5, et dans les départs câble 60kV.

4.5. Protection différentielle transformateur MD32-T : La protection différentielle transfo est assurée par la MD32-T de MicroEner.Ce relais, grâce à la mesure des courants de retenue et à sa caractéristique à pourcentage, reste stable lors de défauts violents intervenant dans la zone extérieure à celle qu'il protège tout en gardant une sensibilité extrême dans sa zone de fonctionnement.

NAHIDI Hassan Le MD32/T utilise sans Tl de repassage (saturation). Son unité de traitement intègre dans ses algorithmes de calcul le rapport de transformation et l'indice horaire du transformateur protégé. L'unité homopolaire assure, suivant le raccordement du tore et des TI, une protection contre les défauts à la terre très résistants

Figure 5 : MD32-T .

ou une protection homopolaire contre les défauts d'isolement. L'unité homopolaire est équipée d'un filtre actif qui l'insensibilise aux harmoniques du range 3 et plus, La fonction pedurbographie permet l'enregistrement, à la suite d'un défaut ou sur ordre extérieur, de la forme des intensités sur chacune des phases, La trace restituée permet une analyse des données capturées sur 12 périodes du signal analogique, L’ensemble calculent les courants réels en tenant compte des différents rapports de transformation (transfo, TI) et du couplage primaire et secondaire du transformateur de puissance. Ses algorithmes évitent l'ajout de TI de rattrapage, source d'erreur dans le calcul du courant différentiel, Ces relais analysent les valeurs efficaces vraies des grandeurs électriques qu'ils me surent ou calculent. La faible consommation des unités de mesure leur permet d'être raccordées à des capteurs de mesure de faible puissance. Caractéristiques: Courant nominal : ln = 1 ou 5 A - Ion = 1 ou 5 A Surcharge ampérométrique. 200 A pendant 1 s - 10 A permanent Consommation des unités ampérométriques : 0,01 VA à In =1A, 0,2 VA In =5A Consommation moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA Relais de sortie : In = 5 A, V n = 380 Vca . Pouvoir de fermeture: 30 A pendant 0,5 s. • Coupure: 0,3 A, 1 10 V cc, • L/R = 1.0 ms, 100000 manœuvres. • Les MD32/T sont équipés de 3 entrées logiques qui sont activées puisqu'elles sont court•

circuitées : B1 = Blocage des fonctions d>, d>>, do. Toutes les combinaisons sont possibles. B2 = Mise en route tes fonctions affaiblissement d'harmoniques. B3 = Déclenchement extérieur de l'enregistrement des intensités. Configuration des relais de sortie  Les relais de sortie RI, R2, R3, R4 peuvent être programmés pour être contrôlés par

NAHIDI Hassan n'importe quelle fonction, qu'elle soit instantanée ou temporisée.  Le relais R5 (Watch dog - chien de garde), normalement excité, se désexcite sur défaut interne, disparition de fa source auxiliaire ou lors de la programmation de l'appareil.  Le retour à l'état de veille des relais de sortie est programmable permettant ainsi de réaliser, si l'utilisateur le souhaite, la fonction verrouillage (F86).  Nature du retour des éléments temporisas: tares = M (manuel), A (automatique). Indépendamment de la fonction perturbographie, le dernier défaut est mémorisé. Les valeurs des différentes intensités sont capturées au moment du déclenchement et sont accessibles, dans le menu LAST-TRIP de l'appareil. Le relais MD32 /T est équipé d'un port série type R5485 pour l'exploiter à partir d'un PC, ou compatible, à l'aide du logiciel MSCOM, ou bien pour l'intégrer dans un poste numérique et l'exploiter à partir d'un poste de conduite centralisée. Par ce bus de communication, tous les paramètres, réglages, informations accessibles en local le deviennent également en déporté. Pour accéder à tous ces éléments, les requêtes entre les relais de protection et les calculateurs se réalisant sous le protocole ModBus. Chaque relais est identifié par une adresse programmable.

4.6. Protection masse cuve Micom P120 : La protection masse cuve des transfos est assurée par la P120 de ALSHTOM, Le P120 est un relais de surintensité à maximum de courant. Il assure la fonction 51/51N = Maximum de courant monophasé temporisée pour la protection masse cuve des transfos. Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite

Figure 6 : Relais P120

sur la seule liaison qui relie la cuve du transformateur à la terre par l'intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière. Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite sur la seule liaison qui relie la cuve du transformateur à la terre par l'intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière. Protection internes transfo (49, 95 B & 95BR) : En plus de la protection arrêt circulation d'huile et la protection Défaut aéro, s'ajoutent les protections suivantes :  49 : Protection thermique - Relais thermique.  95B : Relais Buchholz.  95BR : Relais Buchholz régleur.

4.7. Protection différentielle câble 7SD52 : La protection différentielle câble entre les différents poste sera assurer par le relais 75D52 de SIEMENS.

NAHIDI Hassan La Protection différentielle numérique SIPROTEC 75D52 est équipée d'un microprocesseur 32 bits performant. Ce dernier assure un traitement cent pour cent numérique de toutes les fonctions de l'appareil, depuis l'acquisition des mesures jusqu'à l'émission des commandes de sortie vers les disjoncteurs en passant par l'échange d'informations avec les autres extrémités de l'élément protégé. L'appareil 75D52 dispose de toute une série de fonctions de protection et de fonctions additionnelles, Le volume fonctionnel hardware et software de l'appareil est adapté à ces fonctions. En outre, les fonctions qui génèrent les ordres de commande sont adaptées aux types d'engins commandés. Différentes fonctions peuvent être mises hors service par programmation et l'interaction entre les différentes fonctions peut être modifiée. Les fonctions de la 75D52 qui ne sont pas nécessaires et qui ne sont pas utilisées peuvent ainsi être cachées.

Figure 7 : Relais 7SD52

La figure suivante décrit le bloc fonctionnel de la protection 75D52.

4.8. Protection directionnel de puissance F650 Le F650 a été conçu comme un système de protection, commande, mesure et surveillance avec une architecture basée sur microprocesseur, qui constitue une solution complète pour la protection des différentes tranches de poste, conforme aux normes internationales les plus appropriées. Tous les éléments exigés pour contrôler un poste ont été intégrés dans un seul paquet pour une utilisation rentable, fiable et simple. Le bas nombre de composants, grâce à la plus haute technologie, fournissent une fiabilité très élevée. Il est typiquement appliqué aux lignes de transmission de n’importe quel niveau de tension ou comme composant dans un système de commande complet. D’ailleurs, il peut être appliqué dans une variété élevée de cas comme, par exemple, des transformateurs, coupleurs et des batteries de condensateur. Les entrées et les sorties mécaniques ont été conçues d’une manière modulaire qui permet la migration facile des applications simples aux plus complexes. L’unité inclut un contrôleur de bus CAN de fibre optique qui permet d’utiliser des entrées/sorties distribuées à travers des modules externes. Les fonctions de protection du F650 incluent la surintensité de phases, neutre, terre, terre sensible, neutre isolé et séquence inverse, maximum et minimum de fréquence, maximum et minimum de tension, fonctions directionnelles de phase, neutre et terre, défaillance du disjoncteur, vérification du synchronisme .

Figure 8 : Relais F650

NAHIDI Hassan Les fonctions de commande incluent un PLC complet avec un afficheur graphique en option. La combinaison des deux éléments Protection             

Surintensité instantanée de phases, neutre, terre, terre sensible et neutre isolé (50PH, 50PL, 50N, 50G, 50SG, 50IG) Contrôle directionnel pour chaque unité (67P, 67N, 67G, 67SG) Maximum et minimum de fréquence (81U, 81O) Défaillance du disjoncteur (50BF) Vérification du synchronisme (25) Interface graphique complètement programmable. Localisateur des défauts Surveillance du circuit de déclenchement Enregistrement de 479 événements Mesure d’intensité, tension, puissance, facteur de puissance, fréquence Interface de l’utilisateur Port RS232 en face, RS485 ou fibre optique en arrière, simple ou redondante Port Ethernet pour connexion en réseau.

4.9. Raccordement entre combiné de mesure et armoire de protection : Le raccordement des appareils de protection au circuit de me sure (combiné de mesure, Tore ou TT barre) selon la classe de précision du TC. La protection de chaque travée sera regroupé dans une seul armoire et en va distingue donc :  Armoire protection travée départ transformateur.  Armoire protection travée couplage.  Armoire protection travée départ câble.

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Exemples de câblage Départ transformateur 60kv/10kv

Armoire protection départ transformateur

UFM

Combiné de mesure

MD32-T

7SS52

P120 Sectionneur de neutre

signalisation Point de test

Figure 9 : Câblage armoire de protection départ transformateur

Tableau 2 : Nombre de TC et TT occupé par un départ transformateur .

Relais

Circuit courant TC

Circuit tension TT

UFM





MD32-T



—

P120



—

Le relais UFM possède deux entrées :  Circuit courant 3 TC pour les trois phases.  Circuit tension 3TT pour les trois phases.

C’est un relais polyvalent qui contient plusieurs fonctions de protection ainsi il contient des case mémoire (codé sur 8 ou 16 bit) ou il stocke la valeur instantané de courant, tension,

NAHIDI Hassan fréquence et la puissance (active et réactive) affin de les transmettre au automate programmable, le ModBus est le mode de transmission qui sera utilisé par la suite.

Travée couplage JDB

Unité de traitement 7SS52

COUPLAGE

Départ poste

Module 7SS523 Départ Transfo

Figure 10 : Câblage de protection jeu de barre

Chaque module 7SS523 est installé sur chaque travée possède une entrée courant qui donne une image de courant qui circule a travers la travée. Le 7SS523 possède des TC configurable pour que le module de traitement 7SS52 puisse voir le même niveau de courant .au contraire chez la protection analogique TMAR : l’adaptation de niveaux de tension est réalisée à l’aide de TC de rattrapage. En effet les combiné de mesure de départ transformateur on un rapport de transformation 200/5 A et les combiné de mesure d’un départ poste ont un rapport de 600/5 A donc pour ramené au même niveau les intensité de courant vue par le relais TMAR en doit multiplier le rapport 200/5 par 3 qui égale a 15/3 c’est le rapport de transformateur de courant de rattrapage.

NAHIDI Hassan Travée Départ câble TPS TPI

UFM

SIPROTECT 7SA52

F650

Signalisation

Point test

Figure 11 : Câblage armoire de protection départ câble