Le Principe de la Protection Directionnelle

La protection directionnelle est une fonction de protection utilisée dans les réseaux électriques pour détecter et isoler les défauts de la ligne électrique en fonction de leurs emplacements.

Chaque relais de protection doté de la protection directionnelle s’appuie sur la mesure tension et courant pour détecter la direction du courant de défaut.

Ces relais sont configurés pour déclencher le disjoncteur de la ligne à proximité du défaut en cas de dépassement d’un seuil de courant du réglage fixé et dans une direction particulière soit en amont ou en aval du disjoncteur.

Ainsi, la protection directionnelle est essentielle pour minimiser les temps de coupure et d’éviter les interruptions de service pour les clients.

Elle est couramment utilisée dans les réseaux de transport d’énergie électrique à haute tension et dans les réseaux de distribution d’énergie électrique à moyenne tension (MT).

Principe de la protection directionnelle

Vu la complexité des réseaux électriques, la coordination entre les différents dispositifs de protection est devenue très difficile. En se référant à la figure 1, lorsqu’un défaut se produit au point F, tous les dispositifs de protection ressentiront le défaut en raison du passage du courant de défaut à travers eux. Pour cela, nous avons besoin d’isoler uniquement la partie en défaut, et dans notre cas il suffit d’ouvrir seulement R3 et R4.

Il est aussi possible de reporter le fonctionnement des protection R6 et R1 par plusieurs méthodes, la plus simple étant de leur ajouter un temps de retard pour avoir une sélectivité chronométrique. Toutefois, le problème se pose au niveau de R5 et R2, parce que le courant de défaut et la distance par rapport au défaut est la même pour R3 et R4, et nous voulons que R3 et R4 qu’ils s’ouvrent uniquement, parce que si R2 et R5 s’ouvrent, l’alimentation sera coupée sans raison sur les lignes sortant de B et C.

L’intérêt de la protection directionnelle

Pour cela, il faut qu’il existe une méthode pour verrouiller le fonctionnement incorrect du R2 et R5. Cette dernière consiste en la détection du sens du courant de défaut en s’appuyant sur la fonction de protection directionnelle au niveau des dispositifs de protection R1, R2, R3, R4, R5 et R6.

L’intérêt de la protection directionnelle est que chaque dispositif de protection peut protéger la zone selon le sens des flèches sur la figure 1.

Donc, quand un défaut se produit au point F dans la figure 1, les protections R5 et R2 ne peuvent plus détecter le passage du courant de défaut, parce que le défaut est situé derrière sa zone de détection, alors que R6, R4, R3 et R1 détectent le passage du courant de défaut et ils sont responsables d’une manière définie selon la coordination chronométrique entre eux, d’éliminer le défaut c’est-à-dire la zone entre B et C.

Donc, nous pouvons parler de deux types de défauts, les défauts en amont (Forward faults) et les défauts en aval (Revers faults) du disjoncteur.

Par exemple comme illustré sur la figure 1, le défaut au point F, est un défaut en amont par rapport aux R1, R3, R4 et R6, alors qu’il est en aval par rapport aux R2 et R5.

Il est aussi possible d’identifier les défauts par rapport à leurs positions vis à vis de la zone de protection, soient des défauts externe (External faults) ou interne (Internal faults) de la zone de protection.

Etude de cas

En illustrant les principes vus précédemment sur la figure 2, nous pouvons conclure que :

• Pour le défaut au point F1 par exemple, la protection principale responsable d’éliminer le défaut est la protection 15 et 16.
• Et en cas d’un problème d’isolement du défaut par la protection 15, le rôle de la protection secours devient obligatoire, et dans ce cas les protections 7 et 9 fonctionnent comme des protections secours pour éviter la circulation du courant de défaut de G1 et G2 vers le défaut au point F1.
• Pour les protections 8 et 10, ils sont insensibles au passage du courant de défaut, parce que le défaut est considéré comme un défaut en aval.
• Et dans le cas où la protection secours 7 n’a pas pu isoler le défaut, les protections 2, 4 et 30 vont se déclencher pour éviter la circulation du courant de défaut de G2 et G3 vers le défaut au point F1, et par suite nous pouvons identifier les protections principales et secours pour d’autres défauts dans le réseau.

En conclusion, nous réitérons l’atout principal de la protection directionnelle qui réside dans sa capacité à détecter et à isoler les défauts en identifiant la direction de ces dernièrs. Elle offre ainsi une protection efficace contre les types de défauts phase-phase et phase-terre, ce qui permet de maintenir la fiabilité du réseau électrique et de minimiser les perturbations pour les utilisateurs finaux.