Protections et transformateurs de mesure
Par Jean R.
Les tensions et courants utilisés par les protections pour identifier et caractériser les courts-circuits ou les perturbations sur le réseau sont des images électriques des valeurs côté haute tension adaptées aux circuits de mesure des protections, typiquement une centaine de Volts pour les tensions et quelques Ampères pour les courants.
La transformation des valeurs haute tension en signaux réduits se fait au moyen de « transformateurs de mesure » (appelés également « réducteurs de mesure ») soit séparés en transformateurs de tension et transformateurs de courant soit sous forme de transformateurs combinant les deux fonctions, appelés couramment « combinés de mesure ».
Les transformateurs de courant (TC) sont basés sur le principe des transformateurs magnétiques, l’enroulement primaire est généralement un simple conducteur alors que l’enroulement secondaire est bobiné sur un circuit magnétique entourant le conducteur primaire (fig. 1).
Un TC compte généralement deux enroulements au secondaire, un enroulement « mesure » pour l’alimentation des capteurs et du comptage, qui doit être précis dans la gamme des courants de transit et un enroulement « protection » qui doit pouvoir reproduire les courants importants liés aux défauts pour permettre le fonctionnement des protections.
L’évolution des TC
Au fur et à mesure de l’accroissement des courants de court-circuit sur le réseau, le rapport de transformation et la dynamique nécessaire entre les forts courant dus aux défauts francs et les faibles valeurs lors de défauts résistants ont augmenté. Le phénomène de saturation du circuit magnétique lié à la présence d’une composante continue dans le courant de défaut (fig 2) est devenu particulièrement gênant en introduisant des risques de retard voire de non-élimination des défauts. Du fait de leur rapidité de fonctionnement les protections électroniques ne pouvaient généralement pas fonctionner avec des réducteurs saturables.
Les spécifications des réducteurs de courant ont de ce fait été modifiées à plusieurs reprises pour faire face à ces situations et permettre aux protections électroniques une détection rapide et fiable des défauts.
Figure 2 : comparaison entre les courants au primaire et au secondaire d’un transformateur de courant, en cas de saturation
De ce fait lors de la réfection des fileries, à l’occasion notamment du déploiement du plan de protection « 225kV et HT », il était nécessaire de remplacer les anciens TC par des réducteurs dits « performants ». Vu le coût associé, EDF a décidé de qualifier une protection capable de fonctionner avec des TC saturables, la protection de distance BBC LZ95 qui pouvait donc être utilisée lors de certains remplacements de filerie.
Les transformateurs de courant ont également dû évoluer pour permettre la connexion d’une protection différentielle de barre. Les protections différentielles de barre dites « haute impédance » ne pouvaient pas être raccordées sur le circuit protection. Il a donc fallu ajouter un troisième enroulement spécifique à la protection différentielle de barre.
Les transformateurs de tension peuvent être de 2 types :
• Soit des transformateurs bobinés, couramment appelés TT, dont le principe est identique à celui d’un transformateur de puissance ;
• Soit des réducteurs capacitifs, couramment appelés TCT, où la réduction de tension est basée sur un diviseur capacitif (fig 3).
figure 3 : schéma de principe d’un TCT (source Wikipédia)
Les TCT, moins coûteux et pouvant servir d’équipement de couplage pour la transmission de signaux CPL, sont utilisés principalement en 225kV et en 400kV alors que les réseaux 63 et 90kV sont plutôt équipés de combinés de mesure intégrant des TT.
De même que pour les TC, les transformateurs de tension ont dû évoluer pour s’adapter aux changements de technologie des protections. Avec le déploiement du plan de protection « THT 1975 » il a fallu remplacer les transformateurs de tension existants par des TT plus adaptés aux protections de ce plan. Les TCT ont néanmoins été conservés pour la transmission des signaux CPL, d’où, souvent, la présence de 2 réducteurs de mesure sur un départ.
Les protections choisies pour le plan de protection « 225kV et HT » se satisfaisaient des transformateurs de tension TCT qui ont pu être conservés.
Lors de la préparation du plan « THT 1986 », EDF a retenu des protections pouvant fonctionner avec des TCT. Les postes nouveaux ou repris dans le cadre de ce plan n’ont été équipés que de ce type de réducteurs de mesure, les études faites par la R&D d’EDF ayant montré que les risques de surtension plus élevées dues aux charges piégées [1] lors du déclenchement des lignes étaient maîtrisables.
Pour en savoir plus nous vous invitons à aller sur :
• Le conservatoire du contrôle-commande
[1] charge piégée : Une ligne aérienne se comporte lors de l’ouverture des disjoncteurs à ses extrémités comme un condensateur et conserve une charge électrique qui peut augmenter les surtensions lors du réenclenchement
