1.3 Protections de distance

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Les protections à maximum d’intensité classiques ne permettent pas d’assurer la sélectivité  sur des lignes de réseaux  interconnectés*.
Dans d’autres configurations de réseaux, il n’est pas possible de déterminer des valeurs de réglages qui conviennent.
D’autres systèmes de protection ont alors été développés, (voir :  Protections dites principales).  Notamment des systèmes basés sur la comparaison de grandeurs électriques entre les extrémités de la ligne, (il y a eu même, très tôt, des protections en partie électronique à tubes). Ces protections présentaient un inconvénient majeur : elles nécessitaient des voies de transmissions entre les extrémités des ouvrages, voies qui, jusqu’à une époque récente, ont posé des problèmes de fiabilité** et de disponibilité. Si bien, qu’au début des années 1950, on leur a préféré un équipement qui fonctionne uniquement avec les grandeurs locales : la protection dite de distance***

* lignes reliant entre elles des zones comportant des groupes de production. L’interconnexion est apparue dès les années 1920 avec des lignes  à des tensions de 90 kV et 150 kV. Le 1er oct. 1932 est mis en service la première ligne à 220 kV, longue de 510 km, réalisant l’interconnexion entre les centrales hydrauliques du Massif Central et les centrales thermiques de la Région Parisienne.
**Ces protections ont malgré tout continué à être utilisées, notamment pour des ouvrages spécifiques, comme par exemple des câbles souterrains, pour lesquels il y avait des voies de transmissions par des câbles dédiés dits « pilotes ».
*** A titre indicatif, en 1951,  Il y avait sur le réseau : 86 équipements à liaison de verrouillage, 18 protections phasemétriques,  et 250 protections de distance.

Principe de la protection de distance (type RXAP).
Des relais de mesure :
–  détectent la présence d’un court-circuit, par une mesure d’impédance et s’il est isolé (entre phases seules), ou à la terre ;
–  définissent, par une mesure du sens de la puissance, de quel côté est le court-circuit : en aval  (sur la ligne) ou en amont ;
–  déterminent, par une mesure de réactance, si le court-circuit est certainement sur la ligne, dans ce cas l’émission d’un ordre de déclenchement est très rapide (temps inférieur à 0,2 s), ou  s’il  peut être aussi sur un autre ouvrage. Dans ce cas l’ordre de déclenchement est temporisé* afin de laisser éventuellement le temps pour la mise hors tension, par ses protections, de l’ouvrage siège du court-circuit.

* Cette disposition est imposée par l’erreur sur la mesure, qui peut atteindre 20 %, toutes erreurs confondues. En savoir plus …

La protection RXAP, dont les principes de base ne changeront pas, sera déclinée en de nombreuses versions* pour l’adapter aux particularités des ouvrages et à l’exploitation du réseau. Elle évoluera,  au fil du temps, afin d’améliorer ses performances et de pallier à des défaillances ponctuelles. Mais aussi en fonction de la technologie et de choix économiques.
* Pour illustrer : il y a eu la RXAP 1, 2, 21, 31 (1951) ;  40 (1954) ;  50 (1954) ; la série des RXAP 6 : 61 à 67 (1958) ; 6XX ; 6XX0 (1961) ; 6XX2 et  72X0 (1963) ; 6XX3 (1966) ; 6XX4 ; pour finir avec la série 6XX5 ( 1972) : 4 versions. Avec des versions simplifiées, comme la PDZ pour les transformateurs, Famille des RXAP et dérivées. Ces familles de protections ont, plus ou moins,cohabités sur le réseau.

RXAP 2 – CdC – Années 1940 – Largeur : 60 cm.
La RXAP 2, fait suite à d’autres équipements similaires.
Les relais individuels sont montés sur une plaque de tôle d’acier avec une découpe pour le passage des bornes. Le câblage, à l’arrière, est réalisé en fil rigide,  en nappe. On observe des modifications : fil bleu.
Elle comporte essentiellement :
– trois relais, de mise en route à minimum d’impédance (RMZ 2), qui détectent la présence et la nature d’un court-circuit ;
– un relais de courant résiduel (RRC 2) qui détecte si le court-circuit est à la terre ;
– trois relais  de réactance (RMX 2) qui localisent le court-circuit ; 
– trois relais directionnels (RW 14) qui déterminent la position des court-circuits entre phases : côté ligne ou côté poste ;
– un relais directionnel de puissance résiduelle (RW 16) qui détermine la position des courts-circuits à la terre : côté ligne ou côté poste ;
– un relais  à minimum d’impédance (RMZ 2) qui participe au verrouillage de la protection en cas de perte de synchronisme (pompage), qui pourrait être vue comme un court-circuit ;
–  deux relais (RIC 2 et RRC 2) qui déverrouillent la protection en cas de défaut pendant un pompage ;
– un relais de tension résiduelle (RO 1) de verrouillage en cas défaut sur les circuits des tensions ;
– deux relais temporisé (RT 52), pour les différentes temporisations ;
– un relais (RE 122) de déclenchement.

RXAP 31 – CdC – 1951 – 62 cm.
Première protection en coffret vitré (poids : 150 kg ; hauteur : 1.42 m), étudiée en étroite collaboration avec EDF, dans le contexte du déploiement du réenclenchement automatique monophasé*:
– un seul relais directionnel et un seul relais de distance commutés sur les grandeurs de mesures correspondant à la nature du court-circuit.
– relais plus performant.
– dispositif de signalisation lumineuse et de contrôle.
– nouvelles boites à bornes d’essais (qui seront utilisées jusqu’aux années 1970).
Modifiée suivant la note 2035, le 8/03/60.
*Voir les automates de réenclenchement.

L3 S – BBC – Années 1950-60 – 54 cm.
Protection de distance fabriquée par BBC (Brown Boveri et Cie) : l’horlogerie suisse par rapport à la mécanique française !
Utilisée surtout, dans certaines régions, en 63 et 90 kV. Moins performante que la RXAP, elle sera abandonnée dans le courant des années 70.
A noter qu’il y a  eu, sur les lignes, des protections de distance BBC, dès les années quarante.

Caisse d’essais L3 S – BBC – Années 1950-60 –  54 cm.
Dispositif d’essais, pour le contrôle rapide des L3.

 

RXAP 50 – CdC – 1958 – 55 cm.
Poids 100 kg, hauteur 111 cm.
Succède à la RXAP 40* de 1954.
Mise en route : relais à transducteurs plus performants.
* Qui avait les mêmes éléments que la RXAP 31, mais avec un nouveau câblage et la suppression d’éléments annexes, afin de réduire son poids et sa taille.

Mini Z – CdC –  Années 1950-60 – 75 cm.
Ligne d’évacuation de centrale (terre secours).
Réglage fixe de 2 Ω.

 

RXAP 6205 – Enertec – 1972 – 64 cm.
Succède aux RXAP 600 puis 6000.
Pratiquement similaires, avec juste des améliorations de détail.
Dernière de la famille, fabrication arrêtée en 1986. Il y en a toujours en exploitation en 2013.
Temps de fonctionnement : 80 à 140 ms.
Pour l’anecdote : à l’arrêt de la fabrication, la question s’est posée de la constitution d’un lot de pièces de rechange. Il a été décidé de n’approvisionner que des bobines de maintien des relais de mesure : RMX et RDW,  qui, étant toujours sous tension, avaient la fâcheuse habitude de « griller » et même de fondre.

7SL8430 R1KZ 4a – Siemens – Années 1980 – 21 cm.

 

 

Le plan de protection THT 1975.
Le développement du réseau THT, essentiellement du 400 kV, avec l’arrivée des centrales du programme nucléaires du début des années 1970, impose des temps et une sécurité d’élimination des courts-circuits beaucoup plus contraignantes qu’auparavant.  Par exemple : un défaut ligne polyphasé électriquement proche d’une centrale nucléaire, doit être éliminé en moins de 120 ms (temps du disjoncteur inclus), ce que ne permettaient pas les systèmes de protection, basés sur la RXAP, existantes. Il est alors décidé de développer un plan de protection : le plan de protection THT 1975. On passe de l’électromécanique* éprouvée, avec peu d’équipements différents et une filerie relativement simple, à la pointe de l’électronique, avec les circuits intégrés CMOS, et une filerie totalement nouvelle : la filerie BRISEIS (voir les fileries). Avec, de plus, de nouvelles fonctions nettement plus complexes. C’est une « révolution » pour le contrôle électrique. Toute une famille d’équipements est développée, dont le principal est la protection de distance PDS 1100. Les débuts sont très difficiles : nombreuses pannes et anomalies. Ces équipements se comporteront très bien par la suite. En 2013, ils équipent encore majoritairement le réseau à  THT, 400 kV.
Le plan de protection THT 1975 sera remanié en 1983, avec une nouvelle version en 1986 qui sera effectivement mise en application en 1989.
*Au début des années 1970,  Une protection de distance électronique, à composants discrets : la PDS 1000, a été essayée  en laboratoire, ainsi qu’une protection complémentaire pour les défauts résistants (PSW 1000) et un réenclencheur (DRTMS 1000). Trois  ensembles furent installés sur le réseau 380 kV à titre expérimental, de 1971 à 1978.
Pour  les initiées : la PDS 1000 avait six chaines de mesures avec, pour la première fois, des caractéristiques de mise en route en forme de parallélogramme, ce qui facilitait notablement les réglages.

PDS 1100 – Enertec – 1975 – Rack 19″.
Arrêt de la fabrication en 1989.
Protection statique, à 6 chaines de mesures, très rapide : temps de fonctionnement de l’ordre de 20 à 30 ms (couramment plus de 100 ms pour une RXAP).
Probablement ce qui s’est fait de mieux en matière de protection de distance non numérique.

PDS1 – Schlumberger – 1977 (?) – 62 cm.
Dispositif permettant le contrôle rapide, simplifié, des PDS.

 

Le plan de protection 225 kV et HT.
En 1983, un nouveau plan de protections, le «  Plan 225 kV et HT », est mis en œuvre pour répondre aux besoins, en matière de  rapidité et sécurité d’élimination des courts-circuits,  du réseau dit « électriquement proche »*. ainsi qu’aux  nouvelles contraintes  en matière  de tenue aux courts-circuits de postes et d’équipements HT. Mais aussi pour prendre en compte l’évolution technologique : passage de l’électromécanique, à l’électronique, avec des équipements dits  « statiques », et, dans la mesure du possible, utiliser des équipements « catalogue » de différents constructeurs.
Dans le cadre de ce plan :
–  les lignes 225 kV, dont une extrémité est en zone « proche » doivent être équipées de deux protections de distance fonctionnant en parallèle, si possible de principe différent.
–  les lignes 225 kV entièrement  en zone proche, d’une protection à comparaison de phase** (voir autres protections) et d’une protection de distance.
Nouvelle filerie : Cynthia. (voir fileries).
* Réseau sur lequel l’élimination des courts-circuits est soumise aux mêmes règles que sur le 400 kV, pour les mêmes raisons : stabilité…
** Les voies de transmissions s’améliorant, on en revient partiellement aux protections des débuts ; c’est la fin de la quasi hégémonie des protections de distance.

PD3A – Enertec – 19″.
Arrêt de la fabrication début 2000.
Protection statique, à trois chaines de mesures, avec des caractéristiques de mise en route en forme de parallélogramme ; un gros progrès en matière de réglage.
Installée dans le cadre du plan 225 kV et HT, équipe, dans un premier temps, le réseau « proche ».
Installée en coffret, elle remplace dans les fileries Ariane, la RXAP 6205, à l’arrêt de sa fabrication en 1986.

RAZOA – ASEA – 1985 – 19″.
Arrêt de la fabrication début 2000.
Assemblage de différents relais, pour réaliser une protection répondant aux besoins d’EDF, notamment en ce qui concerne l’élimination des défauts monophasés.
Sa caractéristique de mise en route, en forme de cornet de glace, complique la détermination de ses réglages.
Installée dans le cadre du plan de protections 225 kV et HT, généralement en « doublure » de la PD3A.

LZ 95 – BBC puis ABB* – 1985 – 19″.
Equipée  de détecteurs de saturations, qui permettent son utilisation avec des transformateurs de courant peu performants (classe PS).
Installée généralement en doublure de la PD3A.
Plus chère que la PD3A et la RAZOA, elle est moins installée.
* Regroupement d’ASEA et de BBC en 1990.

PSET 3000 – Enertec – 1983 (?) – 19″.
Installée, dans le cadre du plan 1983, sur les tranches secondaires des transformateurs THT/HT.
 Six chaines de mesures à minimun d’impédance : 3 phase terre et 3 entre phases , afin d’assurer, notamment, la bonne détection des courts-circuits côté THT.

Quadramho SHPM 101 – GEC – Années 1990 – 19″.
Protection de distance électronique.
Installée seulement dans le Sud Est.
Susceptible d’être utilisé avec des transformateurs de courant peu performants.

PXLC 3000 – Enertec – 1988 – 19″.
Equivalemment « statique » de la RXAP : chaine de mesure commutée, caractéristique de mise en route  circulaire.
Installée dans les fileries Daphné HT  (voir fileries).

PXLP 3000 – Enertec – 1989 – 19″.
Installée dans le cadre du plan THT 86, sur les lignes 400 kV et côté 225 kV des autotransformateurs, dans les fileries Daphné.
Protection à 6 chaines de mesures.

PXLN 3901 – GEC Alsthom – 1987 – 19″.
Installée dans le cadre du plan THT 1986.
Protection numérique.

 

REZ 1 – ABB – 1986 – 19″.
Installée dans le cadre du plan THT 1986.
Première protection de distance totalement numérique.
Six éléments de mesure pour les défauts monophasés et triphasés (trois à caractéristique mho et trois parallélogrammes).
Trois éléments mho pour les défauts biphasés.

REL 100 7SA513 – ABB – 1990 – 19″.
Installée, à partir de 1997, sur le réseau 225 kV et HT.
Protection numérique à 6 chaines de mesures.

 

7 SA 5131 – Siemens – 2001 – 19″.
Protection numérique, installée sur tous les niveaux de tension.
Première génération de protections multifonctions* incluant de plus la perturbographie.
*Peut être configurée pour d’autres  fonctions que la protection de distance : maximum d’intensité, localisation de défaut…

EPAC 3000 – GEC Alsthom – 1988 – 19″. (documentation de 2001).
Protection numérique, installée en 225 kV et HT Basée sur l’utilisation de 2 types d’algorithmes.
Affiche la distance du court-circuit, en face avant.

MICOM – Areva – 2008 – 19″.
Equipement multifonctions, installé sur tous les niveaux de tension.
Suivant sa configuration peut réaliser simultanément plusieurs fonctions : protection de distance, d’antenne passive, complémentaire de terre… Mais aussi la localisation des défauts, la perturbographie…

7 SA 5225 –  Siemens – 2003 – 19″.
Equipement multifonctions, installé sur tous les niveaux de tension.
Suivant sa configuration peut réaliser simultanément plusieurs fonctions : protection de distance, d’antenne passive, complémentaire de terre… Mais aussi : la consignation d’états, la perturbographie…

 

Document avec lien Word : La protection de distance

Document avec lien PDF : Protections dites principales