FR2915632A1 - Low voltage front link protecting method, involves setting electric screen on low voltage link, and connecting electric screen with three-phase disconnection and independent stiker - Google Patents
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Abstract
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE PROTECTION ÉLECTRIQUE DES LIAISONS AVALES D'UNMETHOD AND DEVICE FOR ELECTRICAL PROTECTION OF THE AVALK LINKS OF A
TRANSFORMATEUR, AINSI QUE POSTE DE TRANSFORMATION ÉQUIPÉ D'UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif destiné à détecter et à éliminer tout défaut électrique apparaissant au niveau des liaisons électriques situées en aval d'un transformateur moyenne tension / basse tension, et en amont de la protection basse tension généralement prévue sur ce type d'installation. L'invention s'applique typiquement aux postes de transformation io destinés à la distribution de l'énergie électrique, mais peut également concerner tout type d'installation faisant appel à un transformateur moyenne tension / basse tension. Elle s'applique plus particulièrement aux installations comprenant un ou plusieurs transformateurs équipés d'un dispositif de protection contre les effets des défauts internes comme décrits dans les 15 brevets cités ci-dessous. The invention relates to a device for detecting and eliminating any electrical fault occurring at the level of the electrical connections located downstream of a medium voltage / low voltage transformer, and upstream. the low voltage protection generally provided for this type of installation. The invention typically applies to transformer stations for distribution of electrical energy, but can also relate to any type of installation using a medium voltage / low voltage transformer. It applies more particularly to installations comprising one or more transformers equipped with a protection device against the effects of internal faults as described in the patents cited below.
Dans une installation conventionnelle, la liaison électrique mono- ou polyphasée, généralement de longueur réduite, n'est pas protégée contre un éventuel défaut électrique mono- ou polyphasé qui, s'il survenait, 20 serait particulièrement intensif et pourrait se maintenir durant un laps de temps important. Il en résulte un danger pour les équipements comme pour le personnel susceptible de se trouver dans l'environnement de l'installation. In a conventional installation, the single or multiphase electrical connection, generally of reduced length, is not protected against a possible single or polyphase electrical fault which, if it arises, would be particularly intensive and could be maintained for a period of time. important time. This results in a danger for the equipment as well as for the personnel likely to be in the environment of the installation.
Pour pallier ce risque, certaines réglementations nationales 25 ont imposé en lieu de la protection moyenne tension, l'utilisation de fusibles dont la caractéristique de fusion garantit une élimination en moins de 0, 1 s d'un éventuel défaut mono- ou polyphasé apparaissant sur cette liaison basse tension (ci-après BT), liaison de plus grande intensité. To overcome this risk, certain national regulations have imposed instead of medium voltage protection, the use of fuses whose melting characteristic ensures elimination in less than 0.1 s of a possible single or multi-phase fault occurring on this low voltage link (hereinafter BT), a link of greater intensity.
30 Mais l'expérience a montré les inconvénients d'une telle solution : -un fusible moyenne tension (ci-après MT) réagissant en moins de 0,1 s sur court-circuit BT, et tout particulièrement sur court-circuit BT monophasé, doit présenter un calibre bas qui expose le fusible aux 35 surintensités d'enclenchement du transformateur ; - La coordination de ce même fusible MT avec les protections BT devient elle-même difficile et la sélectivité peut ne plus être assurée de manière fiable, compte tenu des tolérances sur les caractéristiques de fonctionnement, tout particulièrement pour les courants élevés ; - De plus, la variabilité de l'impédance de court-circuit du réseau qui alimente le transformateur, tout comme l'impédance du circuit BT entre le transformateur et le défaut, peuvent conduire au non respect du délai de 0,1 s maximum théorique, du fait d'un courant de défaut effectif inférieur au io courant présumé. However, experience has shown the drawbacks of such a solution: a medium-voltage fuse (hereinafter MT) reacting in less than 0.1 s on a short-circuit BT, and more particularly on a single-phase LV short-circuit, must have a low rating that exposes the fuse to the transformer's over-current interrupts; - The coordination of the same fuse MT with the LV protections itself becomes difficult and the selectivity can no longer be reliably provided, given the tolerances on the operating characteristics, especially for high currents; - In addition, the variability of the short-circuit impedance of the network supplying the transformer, as well as the impedance of the LV circuit between the transformer and the fault, can lead to failure to comply with the maximum theoretical delay of 0.1 s. because of an effective fault current less than the presumed current.
Dans les installations conventionnelles, il faut donc, pour respecter le délai de fusion de moins de 0,1 s, choisir un fusible qui sera de fait sensible à la surintensité d'enclenchement et non coordonné aux fusibles 15 BT, situation inacceptable sur le plan fonctionnel. La réglementation devient alors inapplicable (voir ci-après les commentaires en référence à la figure 2). In conventional installations, it is therefore necessary, to respect the melting time of less than 0.1 s, to choose a fuse which will in fact be sensitive to the switching overcurrent and not coordinated with the 15 LV fuses, an unacceptable situation in the field. functional. The regulation then becomes inapplicable (see comments below with reference to Figure 2).
Les documents de brevet EP 1 122 848 et EP 0 817 346 décrivent l'utilisation d'un percuteur sensible aux courants de défaut 20 s'écoulant en amont, entre la masse de la partie active du transformateur et la mise à la terre du transformateur. De tels courants résultent généralement d'un défaut d'isolement entre une phase moyenne tension du transformateur et la masse de celui-ci. Patent documents EP 1 122 848 and EP 0 817 346 describe the use of a striker sensitive to fault currents flowing upstream, between the mass of the active part of the transformer and the grounding of the transformer. . Such currents generally result from an insulation fault between a medium voltage phase of the transformer and the mass thereof.
25 Le but de la présente invention est d'assurer la protection de la liaison avale au transformateur en garantissant une mise hors tension en cas de défaut en moins de 0,1 seconde tout en s'affranchissant des inconvénients cités précédemment. Pour ce faire, l'invention prévoit d'isoler la liaison basse tension et de raccorder cette liaison ainsi isolée à une fonction 30 de protection de type percuteur tel que mentionné ci-dessus. The object of the present invention is to ensure the protection of the downstream connection to the transformer by ensuring a power off in case of a fault in less than 0.1 seconds while overcoming the aforementioned drawbacks. To do this, the invention provides for isolating the low voltage connection and connecting this connection thus isolated to a striker type protection function as mentioned above.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de protection électrique des liaisons avales d'un transformateur comportant une fonction de détection de défaut d'isolement et de déconnexion dédiée au 35 transformateur, consistant à former une fonction d'écran sur les liaisons basse tension situées en aval du transformateur d'alimentation et à raccorder la fonction d'écran à la fonction de détection et de déconnexion. More specifically, the subject of the invention is a method for the electrical protection of the downstream connections of a transformer comprising a function for detecting isolation fault and dedicated disconnection of the transformer, consisting in forming a screen function on the links. low voltage located downstream of the power transformer and to connect the screen function to the detection and disconnection function.
Dans un mode de réalisation, la fonction de détection et de déconnexion fait partie intégrante d'une fonction de protection du transformateur lui-même. In one embodiment, the detection and disconnection function is an integral part of a protection function of the transformer itself.
L'invention se rapporte également à un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Dans ce dispositif de protection électrique des liaisons io avales d'un transformateur, raccordé à un réseau d'alimentation amont et comportant une partie active, chaque liaison avale basse tension intègre, entre le transformateur auquel elle est raccordée par une traversée électrique et un appareillage basse tension de protection d'un réseau aval de distribution, un écran électrique relié à un moyen de déconnexion pouvant 15 isoler la partie active du transformateur du réseau moyenne tension d'alimentation. The invention also relates to a device for implementing the method. In this device for protecting the electrical connections of a transformer, connected to an upstream supply network and comprising an active part, each low-voltage downstream link integrates, between the transformer to which it is connected by an electrical bushing and an apparatus. low-voltage protection of a downstream distribution network, an electric screen connected to a disconnection means can isolate the active part of the transformer of the medium voltage supply network.
Selon des modes particuliers de réalisation : - le moyen de déconnexion comporte un percuteur sensible 20 aux courants s'écoulant à la terre qui agit sur la déconnexion triphasée interne au transformateur ; - chaque liaison électrique à protéger est constituée d'un câble isolé, l'écran électrique étant constitué d'une tresse ou feuillard recouvrant l'isolation des câbles, d'une gaine indépendante ou non isolant 25 l'écran de l'environnement du câble ; - chaque liaison électrique à protéger est constituée d'une gaine à barres polyphasée, la gaine étant métallique pour cloisonner électriquement chaque phase individuellement, et électriquement isolée de l'environnement des liaisons à protéger. 30 L'invention a également pour objet un poste de transformation moyenne tension / basse tension comprenant un tel dispositif de protection. According to particular embodiments: the disconnecting means comprises a striker responsive to currents flowing to the ground which acts on the three-phase disconnection internal to the transformer; each electrical connection to be protected consists of an insulated cable, the electric screen consisting of a braid or strip covering the insulation of the cables, of an independent or non-insulating sheath 25 the screen of the environment of the cable ; each electrical connection to be protected consists of a polyphase bar sheath, the sheath being metallic to electrically partition each phase individually, and electrically isolated from the environment of the links to be protected. The invention also relates to a medium voltage / low voltage transformer station comprising such a protection device.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront à la lecture détaillée qui suit et qui fait référence aux figures annexées, représentant respectivement : - en figure 1, le schéma d'une installation conventionnelle ; - en figure 2, les courbes caractéristiques de coupure des fusibles sur une installation conventionnelle ; - en figure 3, un schéma électrique d'un poste de transformation intégrant un exemple de dispositif selon l'invention ; - en figure 4a, un premier exemple de liaisons basse tension à câbles isolés du dispositif selon la figure 3; -en figure 4b, un deuxième exemple de liaisons basse tension à barres du dispositif selon la figure 3; et io - en figure 5, les courbes caractéristiques des différentes protections d'un poste selon l'invention. La figure 1 présente un exemple de schéma unifilaire simplifié d'installation conventionnelle, comportant une ligne d'alimentation amont MT 1, équipée de fusibles de protection 1a, reliée à un transformateur triangle 15 étoile 2 délivrant un courant BT à une ligne de liaison électrique avale 4 mono- ou polyphasée suivant l'équipement alimenté par cette ligne. Cette ligne avale est également munie de fusibles de protection basse tension 5. Les lignes MT et BT sont reliées respectivement au transformateur 2 par des traversées électriques 3 disposées à l'interface 2a (en lignes pointillées 20 mixtes) du transformateur, l'interface 2a intégrant, dans un bain d'huile, les structures propres au transformateur. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed reading which follows and which refers to the appended figures, representing respectively: in FIG. 1, the diagram of a conventional installation; in FIG. 2, the characteristic curves for breaking the fuses on a conventional installation; - In Figure 3, a circuit diagram of a transformer station incorporating an exemplary device according to the invention; in FIG. 4a, a first example of low-voltage connections with isolated cables of the device according to FIG. 3; in FIG. 4b, a second example of low-voltage bar links of the device according to FIG. 3; and - in FIG. 5, the characteristic curves of the various protections of a substation according to the invention. FIG. 1 shows an example of a simplified single-line diagram of conventional installation, comprising an upstream supply line MT 1, equipped with protection fuses 1a, connected to a star delta transformer 2 delivering a current BT to an electrical connection line. swallows 4 mono- or polyphase depending on the equipment powered by this line. This downstream line is also provided with low-voltage protection fuses 5. The lines MT and BT are respectively connected to the transformer 2 by electrical feedthroughs 3 arranged at the interface 2a (in dashed mixed lines) of the transformer, the interface 2a integrating, in an oil bath, the structures specific to the transformer.
Le diagramme de la figure 2 illustre les caractéristiques des fusibles d'un exemple concret d'installation telle que celle représentée en 25 figure 1, le transformateur ayant une puissance de 100 kVA et des tensions MT et BT respectivement égales à 22 kV et 420 V. The diagram of FIG. 2 illustrates the characteristics of the fuses of a concrete example of an installation such as that represented in FIG. 1, the transformer having a power of 100 kVA and MV and LV voltages respectively equal to 22 kV and 420 V .
Sur ce diagramme, établi en échelles logarithmiques, l'axe des abscisses correspond à l'échelle des intensités I , celle des ordonnées 30 à celle du temps t . La zone hachurée (a) correspond à la courbe de fusion des fusibles MT 1 (figure 1) de calibre 10 A avec une tolérance de fabrication égale, dans cet exemple, à 10 % d'intensité pour un délai de fusion connu. Le calibre MT, ici de 10 A, est la valeur la plus élevée admissible qui permet néanmoins d'interrompre un courant de court-circuit monophasé BT 35 en moins de 0,1 s. Le courant de court-circuit monophasé est pris en considération dans l'exemple puisqu'il est inférieur au courant ce court-circuit triphasé. De la même manière, la courbe (b) correspond à la caractéristique de fusion des fusibles BT 5 de calibre 160 A, ce calibre étant imposé par l'intensité assignée BT du transformateur s'élevant à ,137 A. La courbe de fusion (b) est ramenée à tension égale à celle de la courbe de fusion (a) afin de comparer directement les caractéristiques. On this diagram, established in logarithmic scales, the abscissa axis corresponds to the scale of intensities I, that of ordinates 30 to that of time t. The shaded area (a) corresponds to the melting curve of the MV A fuses (FIG. 1) of 10 A with a manufacturing tolerance equal, in this example, to 10% of intensity for a known melting time. The 10 A MV caliber is the highest permissible value which nevertheless allows the interruption of a single-phase short-circuit current BT 35 in less than 0.1 s. The single-phase short-circuit current is taken into account in the example since it is less than the current of this three-phase short circuit. In the same way, the curve (b) corresponds to the melting characteristic of the BT 5 fuse of 160 A caliber, this rating being imposed by the rated current BT of the transformer amounting to 137 A. The melting curve ( b) is brought to voltage equal to that of the melting curve (a) in order to directly compare the characteristics.
De plus, il est reporté sur ce même diagramme, la valeur io théorique d'un courant de court-circuit BT monophasé Icc ramené à la tension primaire du transformateur, soit ici 38 A, pour un couplage au transformateur de type triangle-étoile et une tension de court-circuit de 4 %, ainsi que la surintensité d'enclenchement Zend apparaissant lors de la mise sous tension du transformateur pour une durée de 0,1 s. Cette surintensité Ienc, considérée 15 est égale à douze fois l'intensité assignée MT, soit 32 A. In addition, it is reported in this same diagram, the theoretical value of a short-circuit current of short-circuit LV Icc brought back to the primary voltage of the transformer, here 38 A, for a coupling to the transformer-type triangle-star and a short-circuit voltage of 4%, as well as the Zend tripping overcurrent occurring when the transformer is energized for a period of 0.1 s. This overcurrent Ienc, considered 15 is equal to twelve times the rated intensity MT, ie 32 A.
Ainsi, le respect du délai de fusion de moins de 0,1 s pour une intensité de 38 A implique de choisir un fusible sensible à la surintensité lend et non coordonné aux fusibles BT, puisque la sélectivité n'est plus assurée 20 dans la zone de recouvrement Zr des deux caractéristiques (a) et (b), au niveau des courants proches du courant de court-circuit. Le diagramme de la figure 2 sera comparé ci-après à celui de la figure 5 établi dans le cadre de l'invention illustrée ci-dessous. Thus, compliance with the melting time of less than 0.1 s for an intensity of 38 A implies choosing a fuse responsive to the overcurrent and non-coordinated to the LV fuses, since selectivity is no longer ensured in the zone. Zr of the two characteristics (a) and (b), at the level of currents close to the short-circuit current. The diagram of Figure 2 will be compared below that of Figure 5 established within the scope of the invention illustrated below.
25 La figure 3 illustre le schéma électrique d'un exemple de poste de transformation triphasé selon l'invention. Le transformateur 6 comprend une protection à trois fusibles 10, installés dans le bain d'huile 7 du transformateur. Ces fusibles 10 intègrent des percuteurs 11 qui agissent, lors du passage d'un courant anormalement élevé, sur une déconnexion triphasée 30 12 provoquant l'isolement entre la partie active 8 du transformateur et le réseau moyenne tension 9 qui l'alimente à partir d'un réseau triphasé 1. Par ailleurs, un percuteur indépendant 13 provoque l'ouverture de la déconnexion triphasée 12 lorsqu'un courant s'établit entre la masse M de la partie active 8 et la mise à la terre 14 du transformateur. 35 5 Les liaisons de phase BT 15 sont raccordées, en amont, aux traversées électriques 16 du transformateur 6 qui alimente les liaisons et, en aval, à un appareillage BT 17 qui protège le réseau de distribution 18. Une ligne de liaison neutre 2N reliée à la terre T complète le circuit distributeur. Les liaisons 15 sont généralement constituées soit de câbles isolés 15a, comme illustrés en figure 4a, soit de barres 15b, visualisées en figure 4b et installée dans une gaine. Selon l'invention, ces liaisons 15 intègrent un écran électrique 19. i0 En référence à la figure 4a, les liaisons BT15 étant des câbles isolés 15a, l'écran électrique 19a est disposé sur l'isolation 20 du câble 15a, lui-même isolé de l'environnement du câble par une isolation 22. Selon différentes réalisations, l'écran électrique 19a peut être constitué d'un simple 15 treillis de fil de cuivre de faible section, d'une tresse ou d'un feuillard enroulé autour du câble 15a. L'isolation 22 peut être une simple gaine isolante rapportée. Le câble peut aussi être constitué globalement par un câble blindé du commerce. Selon la figure 4b, les liaisons BT 15 sont constituées par un 20 jeu de barres 15b sous gaine cloisonnée 19b. Pour servir d'écran électrique selon l'invention, cette gainée 19b est conductrice, métallique dans l'exemple. Elle cloisonne chaque phase individuellement et est isolée électriquement de l'environnement par des espaceurs isolants 25. Les écrans électriques 19, comme illustré en figure 3, sont 25 électriquement reliées au percuteur de détection 13 du transformateur par une liaison 26, une traversée électrique 27 et une liaison interne au transformateur 28. L'apparition d'un défaut d'isolement d'une phase de la liaison 15 implique alors immédiatement la circulation d'un courant vers la terre 14 du 30 transformateur par l'intermédiaire des liaisons 26 et 28, puis par le percuteur 13 qui provoque instantanément la mise hors tension. FIG. 3 illustrates the electrical diagram of an example of a three-phase transformer station according to the invention. The transformer 6 comprises a protection with three fuses 10, installed in the oil bath 7 of the transformer. These fuses 10 incorporate strikers 11 which act, during the passage of an abnormally high current, on a three-phase disconnection 12 causing isolation between the active part 8 of the transformer and the medium voltage network 9 which feeds it from A three-phase network 1. Moreover, an independent striker 13 causes the opening of the three-phase disconnection 12 when a current is established between the mass M of the active part 8 and the ground 14 of the transformer. The LV phase connections 15 are connected, upstream, to the electrical feedthroughs 16 of the transformer 6 which feeds the links and, downstream, to a LV switchgear 17 which protects the distribution network 18. A neutral 2N connection line connected to earth T completes the distribution circuit. The links 15 are generally constituted either of insulated cables 15a, as illustrated in FIG. 4a, or of bars 15b, visualized in FIG. 4b and installed in a sheath. According to the invention, these links 15 integrate an electrical screen 19. With reference to FIG. 4a, the connections BT15 being insulated cables 15a, the electric screen 19a is disposed on the insulation 20 of the cable 15a, itself Isolated from the environment of the cable by an insulation 22. According to different embodiments, the electric screen 19a may consist of a simple wire mesh of small section copper wire, a braid or a strip wrapped around the wire. cable 15a. The insulation 22 may be a simple insulating sheath reported. The cable can also consist generally of a shielded cable trade. According to FIG. 4b, the LV links 15 are constituted by a busbar 15b with a partitioned sheath 19b. To serve as an electric screen according to the invention, this sheath 19b is conductive, metallic in the example. It partitions each phase individually and is electrically insulated from the environment by insulating spacers 25. The electric screens 19, as illustrated in FIG. 3, are electrically connected to the detection striker 13 of the transformer by a connection 26, an electrical bushing 27 and an internal connection to the transformer 28. The occurrence of an insulation fault of a phase of the link 15 then immediately implies the flow of a current to the earth 14 of the transformer via the links 26 and 28, then by the striker 13 which instantly causes the power off.
Le diagramme présenté en figure 5 visualise les caractéristiques (a) et (b) de coupure BT et MT des protections du poste de 35 transformation, d'une manière équivalente à celle de la figure 2 mais avec la caractéristique de déconnexion liée au percuteur lorsque ce poste est réalisé selon l'invention. The diagram shown in FIG. 5 shows the characteristics (a) and (b) of cutoff BT and MT of the protections of the transformer station, in a manner equivalent to that of FIG. 2 but with the disconnection characteristic linked to the striker when this post is made according to the invention.
La courbe (a) visualise cette caractéristique de coupure du percuteur. Elle présente la particularité que, dès l'apparition de courants faibles de l'ordre de la dizaine d'ampères (donc très en de ça des courants de défaut BT qui sont de l'ordre du millier d'ampères), le délai de réaction se limite à un délai de fonctionnement mécanique de la fonction de déconnexion 12 (figure 3), auquel s'ajoute un délai d'interruption du courant électrique. io Mais le total du temps de réaction reste de l'ordre de 0,05 s environ, ce qui permet d'avoir une coupure quasi instantanée pour des courants de défaut très inférieurs aux courants de défaut pouvant apparaître sur les liaisons 15. Le fusible MT peut alors être choisi avec un calibre plus élevé puisqu'il n'a plus à assurer la coupure en moins e 0,1 s. Ainsi, dans l'exemple 15 précédent, le calibre est de 16 A, mettant le système à l'abri des fusions intempestives. Curve (a) shows this cutoff characteristic of the firing pin. It has the particularity that, at the onset of weak currents of the order of ten amperes (and therefore very much of this, BT fault currents which are of the order of a thousand amperes), the delay of reaction is limited to a mechanical operating time of the disconnection function 12 (Figure 3), to which is added a time of interruption of the electric current. However, the total of the reaction time remains of the order of approximately 0.05 s, which makes it possible to have an almost instantaneous break for fault currents much lower than the fault currents that can appear on the links 15. The fuse MT can then be chosen with a higher caliber since it no longer has to provide the cut in less than 0.1 s. Thus, in the above example, the gauge is 16 A, shielding the system from unwanted fusions.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Elle peut s'appliquer pour tout type d'installation, mono 20 ou polyphasée et quel que soit le type de transformateur. The invention is not limited to the embodiments described and shown. It can be applied for any type of installation, mono or polyphase and whatever the type of transformer.
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