Dans cet article, plongeons ensemble dans les profondeurs de la protection directionnelle de phase et découvrons son importance et comprenons comment elle fonctionne pour garantir la stabilité de nos réseaux électriques modernes.
Accrochez-vous, car le voyage vers la compréhension de la Protection Directionnelle de Phase promet d’être passionnant !
Comment Fonctionne la protection directionnelle phase
La protection directionnelle de phase (code ANSI 67) est une fonction de protection qui assure la protection contre les défauts de phase associée à une fonction de détection du sens du courant. Il est utilisé, par exemple, lorsqu’un jeu de barres est alimenté par deux sources.
Etude de cas
Définitions
Dans ce cas d’un jeu de barres alimenté par deux sources, P1 & P4 sont des équipements de protection contre le défaut phase, et P2 & P3 représentent une protection de phase directionnelle. La petite flèche noire représente le chemin du courant de court-circuit, et la grande flèche blanche décrit le sens de détection de la protection directionnelle de phase.
De plus, les courants {I}_{sc1} et {I}_{sc2}, représentent les courants de court-circuit délivré par les sources 1 et 2 respectivement.
Illustration d’un défaut Phase
Donc, quand un défaut se produit au point A, les deux courants de court-circuit {I}_{sc1} et {I}_{sc2} s’établissent simultanément, en traversant les quatre dispositifs de protection P1, P2, P3 et P4. Maintenant pour éliminer ce défaut au point A sans interrompre l’alimentation électrique délivrée par les départs CB5 et CB6, il suffit de déclencher seulement les disjoncteurs CB1 et CB2.
Intérêt de la protection directionnelle de phase.
Pour cela, il est nécessaire d’installer des protections directionnelles de phase sur les dispositifs de protection P2 et P3. La protection P3 ne sera pas activée lorsqu’un courant de défaut circule dans le sens opposé à celui de la détection (c’est-à-dire vers la source 2) de la protection directionnelle.
Lorsqu’un courant de défaut circule dans le sens de détection de la protection directionnelle P2, la protection est activée. Cela provoque le déclenchement du disjoncteur CB2 afin d’éliminer le courant de défaut {I}_{sc2}. Ensuite, le point de défaut est alimenté par la source 1 (le courant Isc1), ce qui déclenche le CB1 (fonctionnement de la protection P1). Cette dernière est sélective par rapport à P4, qui a un temps de déclenchement supérieur à P1, afin d’éliminer le défaut au point A.
On dit que la protection a détecté la direction du défaut, mais en réalité elle détecte le signe de la puissance active. Ainsi, il est nécessaire de connaître le déphasage Phi entre la tension et le courant du court-circuit. La protection directionnelle de phase sur P3 détecte un passage de défaut du la source vers le jeu de barres, et par conséquent la puissance active détectée est positive.
Détermination du sens du courant de défaut.
En revanche, la protection directionnelle de phase sur P2 détecte un passage de défaut du jeu de barres vers la source, et la puissance active détectée est négative. Pour déterminer le déphasage Phisc, le courant d’une phase sera comparé à la tension de polarisation. Pour un courant de la phase 1 (I1), la tension de polarisation la plus fréquemment appliquée est la tension composée U23. De même, pour un courant de la phase 3 (I3), la tension de polarisation choisie est la tension composée entre la phase 1 et la phase 2 (U12).
Deux relais sont suffisants pour détecter les courts-circuits équilibrés triphasés ainsi que les courts-circuits phase à phase qui se produisent, par exemple, sur la phase 1 et sur la phase 3. En effet, quel que soit le court-circuit phase à phase, il concernera soit la phase 1 soit la phase 3.
Le choix de la tension de polarisation
Le choix de la tension de polarisation est expliqué de la manière suivante.
Pour le courant sur la phase 1 :
- Lorsqu’un court-circuit triphasé se produit, la tension détectée par la protection est faible, il est donc préférable d’utiliser une tension composée (par exemple U12, U23, U31) ;
- Lorsqu’un court-circuit phase à phase se produit entre les phases 1 et 2, la tension U12 est très faible, voire nulle, si le défaut se produit à proximité de la protection. De même, lorsqu’un court-circuit entre les phases 1 et 3 se produit, la tension U13 peut être faible et il est donc nécessaire de prendre la tension composée U32 pour garantir une amplitude de tension suffisante.
Pour le courant sur la phase 3 :
- En utilisant le même raisonnement, la tension de polarisation est U21.
Les zones de fonctionnement de la protection directionnelle de phase
La protection de surintensité directionnelle en phase est activée si les deux conditions suivantes s’appliquent pendant une durée égale à la temporisation choisie :
- Le courant est supérieur au seuil de réglage ;
- La phase du courant par rapport à la tension de polarisation se situe dans une plage appelée zone de déclenchement (tripping zone).
La zone de déclenchement de la protection est un demi-plan. Ce demi-plan est défini par un angle caractéristique θ, qui est l’angle de la ligne perpendiculaire à la ligne de délimitation entre les deux zones et le vecteur de polarisation.
Phase 1
Phase 3
Les valeurs habituelles de l’angle caractéristique sont 30°, 45° et 60°. La valeur généralement utilisée est de 45°.
Nous pouvons observer que le courant I1 est :
- Dans la zone de déclenchement pour θ – 90° < β1 < θ + 90°
- Hors de la zone de déclenchement pour θ + 90° < β1 < θ + 270°
β1 est l’angle entre I1 et U32, et il correspond à un déphasage ϕ1 entre I1 et V1 tel que : ϕ1 = β1 + 90°.
De même, le courant I3 est :
- Dans la zone de déclenchement pour θ – 90° < β3 < θ + 90°
- Hors de la zone de déclenchement pour θ + 90° < β3 < θ + 270°
β3 est l’angle entre I3 et U21, et il correspond à un déphasage ϕ3 entre I3 et V3 tel que : ϕ3 = β3 + 90°.
Conclusion
La « Protection Directionnelle de Phase » est une fonction de protection essentielle dans le domaine de l’énergie électrique. Elle joue un rôle fondamental en garantissant la sécurité et la stabilité de nos réseaux électriques modernes. Cette fonction de protection permet de surveiller et de contrôler le flux d’électricité en détectant la direction du courant électrique, ce qui permet de réagir rapidement en cas de court-circuit ou de défaut dans le réseau. En somme, la Protection Directionnelle de Phase assure que l’électricité circule de manière sécurisée, évitant ainsi les pannes majeures et contribuant à maintenir l’alimentation électrique constante dans nos vies quotidiennes.