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Dispositif de protection sélective d'une ligne électrique contre les défauts à la terre.
On connaît des dispositifs de protection permettant de protéger sélectivement contre les défauts à la terre les diffé- rents tronçons d'un réseau, par comparaison du sens de circula- tion de la puissance homopolaire aux deux extrémités de chaque tronçon.
Cette comparaison peut être effectuée par l'intermédiaire d'une paire de fils pilotes. Dans un dispositif connu à fils pilotes, on surveille en permanence la continuité de ceux-ci par un courant qui excite un relais à chaque extrémité du tronçon.
Cependant ce dispositif ne permet le déclenchement des deux dis- joncteurs encadrant le tronçon dans lequel se produit le défaut que si le courant résiduel après défaut est suffisant pour faire fonctionner les relais de protection. Cela nécessite que le réseau @
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soit bouclé ou mis à la terre entre deux points encadrant le défaut.
Si le réseau n'est pas bouclé, ou n'est mis à la terre qu'en un point, une seule extrémité du tronçon de ligne où se produit le défaut à la terre est parcourue par un courant résiduel.
Le déclenchement du disjoncteur se produit bien à cette extrémité mais le défaut continue à être alimenté par la deuxième extrémité du tronçon où se trouve le disjoncteur non déclenché. Cela peut être la cause d'une aggravation de ce défaut (double mise à la terre par exemple), du fait que le potentiel des phases saines par rapport à la terre devient égal à la tension composée du réseau.
La présente invention, système Jean-Marc TESSERA, a pour but d'assurer le déclenchement du disjoncteur de la deuxième ex- trémité du tronçon lorsque le courant résiduel, 3 cette extrémité est nul ou inférieur au seuil de fonctionnement du relais de protection placé à cette extrémité, et cela sans l'adjonction de fils pilotes supplémentaires.
L'invention utilise la concomitance des deux critères suivants qui se produisent au moment d'un défaut à la terre:
1 ) Apparition d'une tension résiduelle.
2 ) Désexcitation des relais de ligne placés aux extrémi- tés du tronçon sur lequel se produit le défaut, par suite de l'ouverture du circuit des fils pilotes, provoquée par le déclen- chement du disjoncteur de la première extrémité du tronçon.
En outre, le déclenchement du disjoncteur de la deuxième extrémité du tronçon est légèrement temporisé pour permettre la sélection de déclenchement entre ce disjoncteur et les disjonc- teurs des tronçons situés en amont du défaut par rapport à l'em- placement de la mise à la terre normale du réseau, la concomi- tance des deux critères susmentionnés existant également dans ces tronçons, jusqu'à la séparation du tronçon où a lieu le dé- faut d'avec les tronçons voisins.
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L'invention sera exposée en détail dans la description suivante donnée en relation avec les dessins annexés.
Dans la fig.l on a représenté une phase de ligne électri- que divisée en un certain nombre de tronçons: Po - P1; P1- P2, P2 - P3. Chaque extrémité de tronçon est encadrée, comme cela est connu, par deux disjoncteurs. C'est ainsi que par exemple l'extré- mité P1 est encadrée par les disjoncteurs Dl et D'1, l'extrémité P2 est encadrée par les disjoncteurs D2 et D'2,
E1 et E2 sont deux sources d'énergie dont une seule El par exemple, est mise à la terre par une impédance Z1 qui permet la circulation d'un courant résiduel Ir entre E1 et un défaut à la terre. Sur la figure le défaut à la terre est représenté en d entre Pl et P2.
La fig.2 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif de protection suivant l'invention appliqué aux extrémités du tronçon Pl-P2.
Dans cette figure, ± est une paire de fils pilotes reliant Pl à P2, parcouru en permanence par un courant i; S est une source à courant continu. W1 et W2 représentent les contacts de deux relais directionnels alimentés par la composante résiduelle de la puissance. Ces deux contacts sont fermés en l'absence de circu- lation de puissance résiduelle ou pour un sens de circulation de la puissance résiduelle correspondant à un défaut entre Pl et P2.
L1 et L2 sont les enroulements de deux relais de ligne dont les contacts a sont fermés et les contacts b ouverts lorsque ces en- roulements sont excités, comme cela est représenté sur la fig.2, I1 et I2 sont les contacts de deux relais à maximum de courant dont les enroulements non représentés sont alimentés par le cou- rant résiduel Ir.
R1 et R2 sont deux relais auxiliaires dont les contacts commandent respectivement le déclenchement des disjoncteurs Dl et D2 de la fig.l. CI et C2 sont les contacts auxiliaires des disjonc-
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teurs D1 et D2. Ces contacts sont fermés lorsque les disjoncteurs sont enclenchés et ouverts lorsque les disjoncteurs sont déclen- chés. U1 et U2 sont les contacts de deux relais à maximum de ten- sion dont les enroulements non représentés sont alimentés par la composante résiduelle des tensions. T1 et T2 deux relais de dé- clenchement dont les contacts sont temporisés à la fermeture.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:
Lorsqu'un défaut à la terre d survient entre P1 et P2 il provoque la circulation d'un courant résiduel uniquement entre d et El et l'apparition d'une tension résiduelle sur tout le réseau.
Le relais directionnel du poste Pl, contrôlant le sens de la puissance résiduelle dans la direction : vers ligne, maintient'son contact W1 fermé. Le relais directionnel du poste P2 n'étant parcouru par aucun courant résiduel maintient égale- ment son contact W2 fermé.
Le courant i dans les fils pilotes n'est pas interrompu et les relais L1 et L2 restent excités et maintiennent leur con- tact a fermé.
Cela permet le déclenchement du disjoncteur Dl du poste P1 où le contact Il du relais à maximum de courant résiduel s'est fermé en excitant le relais R1. Au poste P2 le contact I2 du re- lais à maximum de courant résiduel reste ouvert puisque ce relais n'est parcouru par aucun courant résiduel. Le disjoncteur D2 reste enclenché, laissant ainsi le défaut alimenté car la source d'énergie E2 et maintient en conséquence la persistance d'une tension résiduelle au poste P2. C'est à ce moment que le dispo- sitif, objet de l'invention intervient.
Le disjoncteur D1, lors de son déclenchement provoque l'ouverture de son contact auxiliaire C1, ce qui interrompt le courant i circulant dans les fils pilotes b. Les relais L1 et L2 sont désexcités et dans ces conditions ouvrent leurs contacts a et ferment leurs contacts b. Au poste P2, le contact b du relais L2 en se fermant excite le relais T2, par l'intermédiaire du
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contact U2 du relais à maximum de tension fermé également par suite de la persistance de la tension résiduelle en ce poste.
La fermeture du contact du relais T2 provoque le déclenchement du disjoncteur D2 après une légère temporisation t.
Cette temporisation doit être supérieure à la durée du courant de défaut, c'est-à-dire au temps total de fonctionnement normal des relais de protection et de déclenchement du disjonc- teur D2, pour permettre la sélection de déclenchement entre le disjoncteur D'2 et le disjoncteur D2 dans le cas où le défaut se produirait en un point d' (fig.l) situé dans le tronçon P2-P3, en aval de P2 par rapport à l'impédance de mise à la terre Z1.
En effet, dans ce cas, tant que le courant de défaut Ir persiste, le courant dans les fils pilotes 2 est interrompu par l'ouverture du contact W2 du relais directionnel qui contrôle le sens de la puissance résiduelle dans la direction : vers poste, et le contact b du relais de ligne L2 se ferme. Comme d'autre part, la tension résiduelle provoquée par le défaut d' actionne le relais de tension résiduelle qui ferme son contact U2, le relais T2 est excité et provoquerait le déclenchement intempestif du disjoncteur D2, s'il n'était temporisé d'un temps supérieur au retour en position de repos du contact W2, retour qui ne peut s'effectuer qu'après la suppression du courant de défaut Ir, par l'ouverture du disjoncteur D'2, celui-ci étant naturellement muni d'une protection semblable à celles équipant les disjoncteurs D2 et D1 du tronçon P1- P2.
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Device for selective protection of an electric line against earth faults.
Protection devices are known which make it possible to selectively protect the various sections of a network against earth faults, by comparing the direction of circulation of the zero sequence power at the two ends of each section.
This comparison can be done through a pair of pilot wires. In a known device with pilot wires, the continuity of the latter is continuously monitored by a current which excites a relay at each end of the section.
However, this device only allows tripping of the two circuit breakers surrounding the section in which the fault occurs if the residual current after the fault is sufficient to operate the protection relays. This requires that the @
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either looped or earthed between two points surrounding the fault.
If the network is not looped, or is only earthed at one point, only one end of the line section where the earth fault occurs is carrying a residual current.
The circuit breaker tripping does indeed occur at this end but the fault continues to be supplied by the second end of the section where the circuit breaker is not tripped. This can be the cause of an aggravation of this fault (double earthing for example), because the potential of the healthy phases with respect to the earth becomes equal to the phase-to-phase voltage of the network.
The present invention, the Jean-Marc TESSERA system, aims to ensure the tripping of the circuit breaker at the second end of the section when the residual current, 3 this end is zero or less than the operating threshold of the protection relay placed at this end, and that without the addition of additional pilot wires.
The invention uses the concomitance of the following two criteria which occur at the time of an earth fault:
1) Appearance of residual voltage.
2) De-energization of the line relays placed at the ends of the section on which the fault occurs, following the opening of the pilot wire circuit, caused by tripping of the circuit breaker at the first end of the section.
In addition, tripping of the circuit breaker at the second end of the section is slightly delayed to allow trip selection between this circuit breaker and the section circuit breakers located upstream of the fault with respect to the location of the earthing. normal earth of the network, the concomitant of the two abovementioned criteria also existing in these sections, until the separation of the section where the fault occurs from the neighboring sections.
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The invention will be explained in detail in the following description given in relation to the accompanying drawings.
In fig.l there is shown an electrical line phase divided into a certain number of sections: Po - P1; P1- P2, P2 - P3. Each end of the section is framed, as is known, by two circuit breakers. Thus, for example, the end P1 is framed by circuit breakers Dl and D'1, the end P2 is framed by circuit breakers D2 and D'2,
E1 and E2 are two energy sources of which only one El, for example, is earthed by an impedance Z1 which allows the flow of a residual current Ir between E1 and an earth fault. In the figure the earth fault is represented at d between Pl and P2.
FIG. 2 schematically represents an embodiment of the protection device according to the invention applied to the ends of the section P1-P2.
In this figure, ± is a pair of pilot wires connecting Pl to P2, continuously traversed by a current i; S is a direct current source. W1 and W2 represent the contacts of two directional relays supplied by the residual component of the power. These two contacts are closed in the absence of residual power circulation or for a direction of circulation of the residual power corresponding to a fault between Pl and P2.
L1 and L2 are the windings of two line relays whose contacts a are closed and contacts b open when these windings are energized, as shown in fig. 2, I1 and I2 are the contacts of two relays with maximum current whose windings (not shown) are supplied by the residual current Ir.
R1 and R2 are two auxiliary relays whose contacts respectively control the tripping of the circuit breakers Dl and D2 of fig.l. CI and C2 are the auxiliary contacts of the circuit breakers.
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tors D1 and D2. These contacts are closed when the circuit breakers are tripped and open when the circuit breakers are tripped. U1 and U2 are the contacts of two overvoltage relays whose windings, not shown, are supplied by the residual voltage component. T1 and T2 two tripping relays whose contacts are delayed on closing.
The operation of the device is as follows:
When an earth fault d occurs between P1 and P2, it causes the flow of a residual current only between d and El and the appearance of a residual voltage on the entire network.
The directional relay of station Pl, controlling the direction of the residual power in the direction: towards line, maintains its contact W1 closed. Since the directional relay of station P2 is not carrying any residual current, it also maintains its contact W2 closed.
The current i in the pilot wires is not interrupted and the relays L1 and L2 remain energized and keep their contact closed.
This enables the circuit breaker Dl of the station P1 to be tripped, where the contact II of the residual overcurrent relay closed by energizing the relay R1. At station P2, contact I2 of the residual overcurrent relay remains open since this relay is not carrying any residual current. The circuit breaker D2 remains on, thus leaving the fault powered because the energy source E2 and consequently maintains the persistence of a residual voltage at station P2. It is at this moment that the device, object of the invention comes into play.
The circuit breaker D1, when it trips causes the opening of its auxiliary contact C1, which interrupts the current i flowing in the pilot wires b. The L1 and L2 relays are de-energized and under these conditions open their contacts a and close their contacts b. At station P2, contact b of relay L2, when closing, energizes relay T2, via the
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contact U2 of the overvoltage relay also closed due to the persistence of the residual voltage at this station.
Closing the contact of relay T2 triggers circuit breaker D2 after a slight time delay t.
This time delay must be greater than the duration of the fault current, that is to say the total normal operating time of the protection relays and the tripping of circuit breaker D2, to allow tripping selection between circuit breaker D ' 2 and circuit breaker D2 in the event that the fault occurs at a point d '(fig.l) located in section P2-P3, downstream from P2 with respect to the earth impedance Z1.
In fact, in this case, as long as the fault current Ir persists, the current in the pilot wires 2 is interrupted by the opening of the contact W2 of the directional relay which controls the direction of the residual power in the direction: towards station, and contact b of line relay L2 closes. As on the other hand, the residual voltage caused by the fault in activating the residual voltage relay which closes its contact U2, the relay T2 is energized and would cause the inadvertent tripping of the circuit breaker D2, if it were not timed by a time greater than the return to the rest position of contact W2, which return can only be carried out after the fault current Ir has been removed, by opening circuit breaker D'2, the latter being naturally fitted with a protection similar to those fitted to circuit breakers D2 and D1 of section P1-P2.