MiCOM P34x Protection Générateur

1. MiCOM P34x Protection Générateur 24/05/2006 Mario Morlotti Product Marketing Director

2. Protection Générateur

3. Protections MiCOM série 40 P940 Relais de Protections de Fréquence P540 Relais Différentielle de lignes P440 Relais deProtection de Distance P340 Relais de Protections Générateurs P240 Relais de protections moteurs P140 Relais de protections réseaux MiCOM40-3

4. MiCOM série P340 pour Générateur • P342 Protection Générateur • P343 Protection Générateur avec différentielle et 100% masse stator par Harmonique 3 • P344 Protection Générateur idem P343, avec entrée tension résiduelle supplémentaire • P341 Protection Interconnexion (G59)

5. MiCOM P342, P343, P344Protections d'Alternateurs

6. Généralité • Protections d’alternateurs MiCOM P342, P343, P344: • Solution intégrée complète et fiable pour la protection, le contrôle-commande, la surveillance et la mesure des générateurs. • Trois modèles pour répondre à tous besoins d’installations: • Des petits alternateurs aux systèmes très sophistiqués. • Flexibilité de schéma de protection et d’automatismes par : • Editeur de Schémas Logiques Programmables (PSL) • Nombre modulable d’entrées logiques et de contacts de sortie • Choix de protocole de communication.

7. Généralité • Applications • MiCOM P342, protection d’alternateur de haute qualité : • maximum de courant de phase, • défaut terre (gamme standard), • défaut terre (gamme sensible), • déplacement du point neutre, • défaut terre restreinte (REF), • maximum de courant dépendant de la tension ou minimum d'impédance, • minimum et maximum de tension, • minimum et maximum de fréquence, • retour de puissance, • faible puissance aval ou maximum de puissance,

8. Généralité • Applications • MiCOM P342 (suite) : • perte d’excitation, • protection thermique à courant inverse, • maximum de courant inverse, • maximum de tension inverse, • fonctionnement en fréquence anormale, • protection thermique, • maximum d’induction, • surveillance des TP et des TC.

9. Généralité • Applications (suite) • La MiCOM P343, protection d'alternateurs plus puissants ou plus importants, dispose, en plus des fonctionnalités de la P342, des fonctions suivantes : • protection différentielle d’alternateurs, • protection 100% masse stator par mesure de tension de 3ème harmonique, • glissement des pôles, • protection contre la mise sous tension accidentelle à l'arrêt. • La P344 ne se différencie de la P343 que par : • seconde entrée tension de point neutre pour détecter les défauts terre / entre spires.

10. MiCOM série P340 pour Générateur

11. MiCOM série P340 pour Générateur

12. MiCOM P342 Protections de Générateur

13. 40 50N 51N 67N 59N MiCOM P342 Protections de Générateur VTS 27 59 81O 81U 24 RTD 50 51 51V 21 CTS 46 32 R,LF,O 64 -

14. 67N 32 P343 Protections Générateur: Fonctions de Protection (1) 27 59 81O 81U 87G 50/51 51V/21 50/51N 59N 67N 27TN 27 & 59 81U/O 32 Différentielle Générateur Protection surintensité Surintensité à retenue Masse Stator Tension homopolaire Défaut terre directionnel 100% Masse Stator Mini & maxi de tension Mini & maxi de Fréquence Retour de puissance sensible 1 phase 87G 50 51 51V 21 50N 51N 27TN 59N

15. 24 40 78 46 49 P343 Protections Générateur: Fonctions de Protection (2) 32R 32L 32O 40 46 24 27/50 38/26 TCS TTS 49 78 Retour de puissance Mini de puissance Maxi de puissance Perte d’excitation Courant inverse Max de induction Mise sous tension à l’arrêt RTD protection thermique Supervision des TC Supervision des TP Image thermique Glissement de Pôle RTD 32R 32L 320

16. Généralité • FONCTIONS GLOBALES • Les fonctions globales suivantes sont généralement disponibles dans tous les modèles: • 4 groupes de réglages • Mesures • Enregistrement des événements • Enregistrement de perturbographie • Enregistrement de défauts • Surveillance du circuit de déclenchement via PSL • Surveillance de position et maintenance disjoncteur

17. Fonctions de Protection • Fonctions de Protection Principales • Les principales fonctions de protection sont indépendantes et peuvent être activées ou désactivées individuellement pour satisfaire une application particulière. Chaque fonction de protection est disponible dans les 4 groupes de réglage et peut être utilisée individuellement. • Un déclenchement triphasé avec indication de la phase en défaut est assuré pour toutes les fonctions de protection.

18. Fonctions de Protection • Protection différentielle d’alternateur (P343/4 uniquement) • Détection des défauts phases du stator. • Réglable selon le principe de retenue à pourcentage avec une courbe à 2 pentes, soit selon le principe de la haute impédance (addition de résistance de stabilisation et METROSIL)

19. Principe de la Différentielle Générateur (Phase C) TC Commun TC Sortie machine I F I I C1 C2 C Phase Différentielle IC1 + IC2 = 0 normal, IC1 + IC2 0 (= IF) Défaut

20. Fonctionnement de la Protection Différentielle (caractéristique) 3 Fonctionnement 2 Courant Différentiel (x In) = I + I Pente K2 1 2 1 Blocage • Grande sensibilité (5%) • protection complète • Rapide K1 0 2 1 4 3 Courant de fonctionnement (x In) = I + I 1 2 2

21. Raccordements pour la Différentielle Relais P343 Réseau TC entrées Commun TC Entrées

22. Protection Différentielle Haute Impédance TC commun TC réseau Résistance Stabilisation Metrosil Entrées Différentielle • La résistance de stabilisation est nécessaire pour assurer la stabilité sur défaut externe.

23. Fonctions de Protection • Protection différentielle contre les défauts entre-spires (P343/4 uniquement) • La protection différentielle peut être utilisée pour détecter les défauts entre spires sur les alternateurs avec 2 ou plusieurs enroulements par phase (par exemple générateur hydro). • Fonctionnement à max de courant à temps constant avec réglage de courant indépendant par phase. • La protection différentielle classique n’est plus disponible quand cette fonction est utilisée.

24. IA2 IB2 IC2 Protection entre spire • Réglage indépendant par phase

25. Fonctions de Protection • Protection défaut entre-spires (max de tension résiduelle) • La protection ‘Entre-spires’ peut être fournie en mesurant la tension résiduelle sur les 3 enroulements des phases. • Verrouillage en PSL par puissance apparente inverse et max de courant de phase inverse directionnel (cas des défauts externes)

26. Protection entre spire

27. Fonctions de Protection • Maximum de courant de phase • Quatre seuils indépendants, programmable comme non directionnel ou directionnel. • Deux seuils à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT). • Deux seuils à temps constant (DT). • Temporisation de remise à zéro programmable pour les seuils IDMT (compatibilité avec relais électromécaniques, réduction des temps d’élimination défaut intermittents). Polarisation synchrone du directionnel maintenu pendant 3,2 s après l’annulation des tensions.

28. Courbes CEI Courbes IEEE Temps de fonctionnement(s) Temps de fonctionnement (s) 100 US MI US VI US EI US I US SI 1000 IEC SI IEC VI IEC EI IEC LTS 100 10 10 1 1 0.1 0.1 1 10 100 1 10 100 Courant (Multiple de Is) Courant (Multiple de Is) Protections -50/51 Surintensité

29. Application sur l’utilisation du temps de RESET Courant t t < < RESET RESET I pick-up Temps de Reset = t RESET Seuil de déclenchement Temps de Reset = 0 ZG7359B

30. Courant de défaut d’un Générateur lors d’un court-circuit Courant de défaut Courant de surcharge 0.25s 0.5s Temps depuis l’apparition du défaut • Aucune protection surintensité ne peut fournir une protection secours sur défauts externes. • elle doit être sélective avec les protections réseaux • Utilisation d’une fonction impédance ou du critère de tension

31. Fonctions de Protection • Logique de protection ampèremétrique à verrouillage • Chaque seuil à maximum de courant phase et terre peut être bloqué par entrée logique. • Ex. Schéma de protection de jeu de barre.

32. Fonctions de Protection • Maximum de courant dépendant de la tension / minimum d'impédance • Protection de secours contre les défauts de phase • Une seuil à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT) de • Max de I contrôlé en tension ou • Max de I à retenue de tension ou • Deux seuils à temps constant (DT) à Mini d'impédance

33. I> I> Charge charge défaut défaut k.I> k.I> Volts Volts Contrôle de tension Retenu de tension X charge défaut R Mini d’Impedance Protection surintensité à retenu de tension ou protection à mini d’impédance • 3 méthodes

34. Fonctions de Protection • Surcharge thermique (49) • Caractéristique à image thermique. • État thermique dans mémoire non-volatile. • Constantes de temps d’échauffement et refroidissement. • Seuils d’alarme et de déclenchement. • Paramétrage du coefficient de courants inverse.

35. Fonctions de Protection • Maximum de courant terrestandard • Mesure d’un courant par TC dans la connexion à la terre du neutre de l’alternateur. • Deux seuils indépendants. • Une seuil à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT). • Une seuil à temps constant (DT).

36. 50N 51N Protection Masse Stator 0V Tension du réseau, V If =xV/R x • Max de I Instantané 50N • Max de I Temporisé 51N • Peut protéger 95% de l’enroulement de l’alternateur (x = 5%)

37. Fonctions de Protection • Maximum de courant terre sensible / wattmétrique / terre restreinte • Un tore homopolaire est nécessaire pour la fonction de défaut à la terre sensible. • Un seuil à temps constant (DT), Directionnel (polarisation par tension résiduelle) / Non directionnel, a la choix : • Max de I • I*CosPHI • I*SinPHI • Wattmetric • Haute Impédance (résistance de stabilisation additionnelle et METROSIL) • Basse Impédance à pourcentage • Basse Impédance à pourcentage + Max de I • Basse Impédance à pourcentage + Wattmetric

38. Connections pour la Différentielle de terre64 REF Relais P342/3 Entrées TC Réseau Entrées TC Neutre

39. Protection différentielle de terre- Terre restreinte 64REF 3 Opérationnelle Courant Différentiel (x In) = I + I + I + k . I 2 Pente K2 C N A B 1 Blocage • Haute sensibilité(5%) • protection complète • Rapidité K1 0 2 1 4 3 Effective bias (x In) = Max. courant phase + k . I N 2

40. I F Protection terre Haute Impédance TC Neutre résistance de stabilisation Metrosil Entrée différentielle La résistance de stabilisation est nécessaire pour assurer la stabilité sur défaut externe.

41. Fonctions de Protection • 100% masse stator avec la mesure de la 3ème harmonique (P343/4 uniquement) • La protection à min de tension résiduelle de 3ème harmonique couvre les derniers 15% de l’enroulement du stator, et c’est avec les autres éléments de protection contre les défauts terre, que l'équipement offre une protection à 100% de l’enroulement du stator. • Supervision par mini de tension triphasée, et par puissance active, réactive ou apparente triphasée. La protection à minimum de tension de terre de 3ème harmonique est fournie aussi pour des applications où les mesures sont effectuées aux bornes de l’alternateur. Les fonctions de blocage de l’élément à minimum de tension ne sont pas nécessaires pour cette application.

42. Protection 100% Masse Stator • Méthode basée sur la mesure du 3ème harmonique. • Pas d’injection nécessaire. • La mesure 59N assure la protection 100% masse stator

43. Protection 100% Masse Stator Distribution de la tension d’harmonique 3 sur le stator • (a) condition normal • (b) défaut terre au point neutre • (c) défaut terre aux terminaux

44. Fonctions de Protection • Déplacement du neutre / max de tension résiduelle (P342/343) • Détection défauts à la terre : neutre isolé ou à haute impédance. • Tension résiduelle mesurée ou calculée. • Mesurée sur TP en triangle ouvert, au secondaire du transformateur de mis à la terre du neutre. • Calculée à partir des trois mesures de tensions simples (phase-neutre). • Deux seuils indépendants de tension mesurée. • Deux seuils indépendants de tension calculée. • Chaque seuil à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT). P344 a une entrée de tension de terre additionnelle avec deux niveaux supplémentaires à max de tension résiduelle calculée.

45. Déplacement de point neutreTension homopolaire - Protection Terre 1 Relais P340 2 3 (1) mesure dérivée des 3TP phase-terre (2) Directement mesuré sur 3TP montés en Triangle ouvert (3) Directement mesuré sur la résistance de terre

46. Fonctions de Protection • Minimum de tension (27) • Configurable à partir des tensions phase-phase ou des tensions phase-neutre. • Configurable pour fonctionner en OU ou ET. • Une seuil à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT). • Une seuil à temps constant (DT).

47. Fonctions de Protection • Maximum de tension (59) • Configurable à partir des tensions phase-phase ou des tensions phase-neutre. • Configurable pour fonctionner en OU ou ET. • Une seuil à temps constant (DT) ou à temps inverse (IDMT). • Une seuil à temps constant (DT).

48. Temps V>1 Tension Courbe IDMT (V>1) Fonctions de Protection • Protection Mini et Maxi de tension (suite) • Réserve de la régulation d’excitation • V<: Protège contre la disparition du courants d’excitation ou des phénomènes de pompages. • V>: Protège contre toutes les conséquences des surtensions sur les isolants. • V<1 & V>1: Fonctionnement à temps constant ou dépendant IDMT ou DT • V<2 & V>2: Temps constant DT t = k / (M-1) M = Multiple du réglage k = Multiplicateur de temps

49. Fonctions de Protection • Minimum de fréquence (81U) • Quatre seuils à temps constant (DT). • Maximum de fréquence (81O) • Deux seuils à temps constant (DT).

50. Fonctions de Protection • Conditions anormales de fréquence - Survitesse ou sous vitesse • Mini de Fréquence (81U) • Causé par le dépassement de la puissance de la turbine. • Protége la turbine contre les vibrations générées à basse fréquence • Maxi de Fréquence (81O) • Variation de charge pouvant générer le passage en survitesse de la turbine. • Le contrôle de fréquence assure le réserve de la régulation de vitesse.