Cours_2_Appareillage_industr_1 (2).pdf

2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 1
Électricité Industrielle
Poste extérieur 25 – 4,16 kV
Portique en acier
Isolateurs
Arrivée ligne 25 kV (HQ)
Sectionneur
Disjoncteur à l’huile
Combiné de mesure (HQ)
Transfo. de puissance,
20 MVA
25 – 4,16 kV

a) Permet d’ouvrir un circuit pour la mise hors tension (ou mise à la
terre) d'un appareil ou groupe d'appareils de façon sûre et irrévocable.
c) Un sectionneur n'est généralement pas conçu pour
interrompre (ouvrir, fermer) son courant nominal.
d) Un sectionneur n'est pas conçu pour un nombre élevé d'opérations.
Le sectionneur est avant tout un dispositif de sécurité intrinsèque,
essentiel pour l'entretien des appareils d'un réseau électrique.
b) Permet de visualiser les parties mobiles d'un sectionneur pour
s'assurer de sa position ouverte ou fermée.
Sectionneur

Interruption de courant par un sectionneur HT (315 kV)

Sectionneur-rupteur (Load-Break Switch) ou
Interrupteur
ƒ Sectionneur capable d’interrompre jusqu’à son
courant nominal

Armoire de commutation 25 kV
Interrupteur
25 kV, 600 A
(Arrivée HQ)
Levier et clé
d’interver-
rouillage
Disjoncteur
25 kV, 600 A
500 MVA
Jeu de barres
25 kV, 600 A
Interrupteurs d’artères
25 kV, 600 A
Avec fusibles 100 A
Fenêtre
(point de
coupure visible)
Mesure et
protections
Unités de mesurage HQ
(facturation)

Disjoncteur :
a) capable de commuter son courant nominal (un grand nombre de
fois);
b) capable d’interrompre les courants de court-circuit (plusieurs fois
sans s'endommager);
c) est équipé d'un système de commande et de protection.
d) opère les trois phases en même temps;
e) indique l'état du circuit : ouvert (ON), fermé (OFF), déclenché
(Tripped);

Disjoncteurs HT
Disjoncteur HT au SF6
ƒ Alimentation 161 kV
Disjoncteur HT au SF6
ƒ 242 kV (alimentation 230 kV)
ƒ 200 A nominal
ƒ capacité d’interruption 40 kA
Traversée
haute tension
Transformateur
de courant
Boîtier de
commande
Chambre de
coupure SF6
Réservoir d’air comprimé
Chambre de
coupure SF6

Disjoncteur HT
Disjoncteur HT à l’huile
ƒ Alimentation 161 kV
Boîtier de
commande
Chambre de
coupure SF6
Traversée
haute tension
Chambre de coupure
(gros volume d’huile)

Disjoncteur MT (intérieur)
Disjoncteur MT à l’huile
ƒ Alimentation 2,4 kV
Chambre de
coupure SF6
Traversées
moyenne tension
Chambre de coupure

Disjoncteur MT à l’air (inst. intérieure à 4,16 kV)
Chambre de
coupure SF6
Contacts d’embrochage
Contacts de coupure
Mécanisme
Chicane d’arc

Disjoncteur MT à l’air
Contact fermé Contact ouvert
Chicane d’arc

Disjoncteur MT (Tableau de commutation)

Disjoncteur MT (Tableau de commutation)
Chambre de coupure (SF6)
Mécanisme (moteur et ressort)
Jeu de barres principal
Départ d’artère en câble MT
TC (mesure/protection)
Sectionneur de MALT
Levier sectionneur de MALT
Compartiment
(mesure et protection)
Support isolateur

ƒ Transformateur de puissance (abaisseur ou élévateur);
ƒ Transformateur de four;
ƒ Transformateur redresseur, convertisseur CA/CC;
ƒ Autotransformateur;
ƒ Transformateur de distribution.
On retrouve plusieurs types de transformateurs dans l’industrie et les utilités :
Transformateur de puissance

Modèle simplifié du transformateur :
ƒ Tension nominale Vprimaire et Vsecondaire
ƒ Rapport de transformation
ƒ Puissance nominale (Snom)
ƒ Impédance interne (ZT)
s
p
V
V
n =

Modèle du transformateur

Modèle simplifié du transformateur
)
L
n
L
(
j
)
R
n
R
(
jX
R
Z 2
2
1
2
2
1
P
P
T +
ω
+
+
=
+
=

Exemple:
ƒ Transformateur triphasé
ƒ Puissance nominale : 50 MVA
ƒ Enroulements primaires : 161 kV
ƒ Enroulements secondaires : 34,5 kV
ƒ Impédance interne : 10 % (0,10 p.u.)
ƒ Ratio X/R de l’impédance interne : 10

a) Calculer le courant nominal du transformateur en
ampères au primaire et au secondaire.
I
V
S LL ×
×
= 3
3φ
LL
V
S
I
×
=
3
3φ
kV
MVA
I kV
n
161
3
50
161
_
×
=
A
I kV
n 179
161
_ =
kV
MVA
I kV
n
5
,
34
3
50
5
,
34
_
×
=
A
I kV
n 837
5
,
34
_ =
kV
n
kV
n I
n
I 161
_
5
,
34
_ ×
=
667
,
4
5
,
34
161
=
=
kV
kV
n
A
A
I kV
n 835
179
667
.
4
5
,
34
_ =
×
=

b) Calculer l'impédance du transformateur en ohms vue
du primaire et du secondaire.
Ω
=
=
= 4
,
518
50
)
161
( 2
3
2
161
_
MVA
kV
S
V
Z LL
kV
base
φ
Ω
=
=
= 8
,
23
50
)
5
,
34
( 2
3
2
5
,
34
_
MVA
kV
S
V
Z LL
kV
base
φ
kV
base
pu
T
kV
T Z
Z
Z 161
_
_
161
_ ×
=
Ω
= 84
,
51
161
_ kV
T
Z
Ω
×
= 4
,
518
10
.
0
161
_ pu
Z kV
T
kV
base
pu
T
kV
T Z
Z
Z 5
,
34
_
_
5
,
34
_ ×
=
Ω
= 38
,
2
5
,
34
_ kV
T
Z
Ω
×
= 8
,
23
10
.
0
5
,
34
_ pu
Z kV
T

Transformateur de puissance à sec
Câbles MT au
primaire
Jeux de barre BT
au secondaire
Ventillateurs de
refroidissement

Transformateur de puissance à sec
ƒ Les conducteurs/enroulements sont imprégnés d’un
isolant (ex: verni);
ƒ Construction ouverte -> Installations intérieures;
ƒ Le transformateur est refroidi par la circulation naturelle
(ANN) ou forcée (ANF) de l’air.

Transformateur de puissance à l’huile
ƒ Transformateur abaisseur
ƒ 230kV (Étoile) – 13,8 kV (Delta)
isolé et refroidi à l’huile
ƒ 30 / 40 / 50 MVA
ƒ ONAN / ONAF / ONAF
ƒ Z = 10% à 30 MVA
ƒ Échauffement nominal : 65°C
(40°C ambiant)

Transformateur de puissance à l’huile
ƒ Le transformateur est immergé dans l’huile (ONAN);
ƒ L’huile assure une meilleure isolation électrique ce qui
réduit les dimensions du transformateur;
ƒ L’huile entoure le noyau et les enroulements dont elle
absorbe la chaleur;
ƒ Les radiateurs augmentent la surface de refroidissement
(ONAN);
ƒ La vitesse de l’air est augmentée par les ventilateurs
(ONAF).

Transformateur muni d’un réservoir d’huile :
ƒ L’intérieur de la cuve est à la pression atmosphérique
ƒ Il y a échange d’air avec l’extérieur lors des
changements de volume d’huile dus aux variations de
température du transformateur
ƒ L’air extérieur passe par un assécheur (gel dessicant)

Réservoir d’huile et accessoires
Assécheur d’air
Réservoir
d’expansion
d’huile
Radiateur et
ventilateurs de
refroidissement
Indicateur de
niveau
Relais
détecteur de
gaz

Réservoir d’huile et accessoires

Transformateur à cuve scellée :
ƒ Sans échange d’air (évite que des contaminants ne
pénètrent dans le transformateur)
ƒ On introduit un volume de gaz (air sec ou air/azote) au
haut de la cuve
ƒ La pression dans la cuve varie lors des variations de
température du transformateur

Changeur de prise :
ƒ Changeur de prise en charge (CPC ou LTC pour « Load
Tap Changer »)
ƒ Exemple : +10% - 20% Vn (21 prises)
ou
ƒ Changeur de prise hors tension (OLTC pour « Off Load
Tap Changer »)
ƒ Exemple : ± 5% (5 prises)

Cabinet de contrôle
du changeur de prise
Assécheur
d'air
Relais de pression
soudaine
Réservoir
d'expansion
pour LTC
Transformateur avec changeur de prise en charge:

Compteur d’opération du LTC
Indicateur de position
du LTC
Cabinet de contrôle
du LTC
Réservoir d’expansion du LTC
Indicateur de température
des enroulements
Indicateur de température
de l’huile
Changeur de prise en charge (CPC) :

Température de l’huile et des enroulements

Parafoudre HT
Indicateur de niveau
Réservoir d’expansion
du LTC
Traversée HT
Traversées :

Détails d'une traversée HT

Parafoudres HT
Compteur de décharge
Parafoudres :

Types de parafoudres :
ƒ Distribution
ƒ Intermédiaire
ƒ Station

Parafoudre à l’oxyde de zinc (ZnO) :
ƒ Protège le réseau électrique à courant alternatif contre les
surtensions transitoires (Foudre + Manœuvre);
ƒ Constitué de :
ƒ Varistances à base d’oxyde de zinc (ZnO);
ƒ Enveloppe étanche et isolante en porcelaine ou synthétique ;
ƒ Plus compact que les anciens de type éclateur « spark gap »
ƒ Principe de fonctionnement :
ƒ Caractéristique courant-tension non-linéaire
ƒ Sous tension nominale :
ƒ Impédance très élevée
ƒ Courant de coulage faible ≈ 1 mA
ƒ Cas de surtension :
ƒ Impédance très faible
ƒ Courant momentané : Une dizaine de kA
ƒ Tension à ses bornes est multipliée par environ 2 seulement

Parafoudre à l’oxyde de zinc (ZnO)
Caractéristique courant-tension d’une
varistance à oxyde de zinc

Transformateur de courant (HT)
Disjoncteur
(Chambre de
coupure)
Transformateur
de courant
Colonne isolante
Colonne isolante

Type « Bobine »
(Bar Type)
Type « Toroïdal »
(Traversée, Beigne)
Transformateur de courant (MT, BT)

I1: Courant au primaire du TC
Modélisation d’un transformateur de courant
RL + jXL : Charge (ZL) appliquée au secondaire du TC (relais, mesure, etc.)
I’
2: Courant idéal au primaire du TC I2: Courant réel au primaire du TC
Ie: Courant de magnétisation du TC

Courbe de magnétisation d’un TC

Courant primaire (I1) = Source courant
Ne jamais ouvrir le secondaire d’un TC lorsque le
primaire est alimenté !

Mise à la terre du secondaire d’un TC

Raccordement (Y) des TC
Éléments de phase
Élément de neutre
In = Ia + Ib + Ic
Élément de terre
Ig : faute à la terre
TC homopolaire
TC de phase

Moyenne Tension
Haute Tension
Transformateur de tension (TT) inductif

Mise à la terre du secondaire d’un TT

Transformateur de tension capacitif
230 kV

Tableau de commutation 4,16 kV, 3000 A

Relais de protection
Commande locale
Mesure
Cellule
et disjoncteur MT

Unité de mesure numérique (DMS)
PowerLogic - SquareD

ƒ Relais de surintensité de courant (50/51)
Électromécanique - GE Électronique - Alstom

Relais de distance (21)
OPTIMHO LFZP - Alstom
Relais de déclenchement
à réarmement manuel (86)
MVAJ - Alstom

Relais de protection de moteur (multifonctions)

Schéma de commande c.c. d’un disjoncteur

Centre de distribution 480 V, 5000 A
Cabinet du
transformateur
à sec
25kV-480V
3000/4000 kVA
Ventillateurs de
refroidissement
ANN/AFN
Relais de
température
(contrôle des
ventillateurs)
Cabinet de commande,
mesure et protection
Batterie de
condensateur
Disjoncteurs de puissance (BT)

Centres de distribution (CD)
ƒ Les CD sont un type particulier de PP conçus
pour accommoder les disjoncteurs de puissance
BT, en version débrochable.
ƒ On retrouve souvent un CD immédiatement au
secondaire d’un transfo. d’une sous-station
M.T./B.T. pour distribuer l’énergie vers les divers
centres de charges.
ƒ Les CD ont une capacité variant de 1600 à
6000 A à 347/600 V

Disjoncteur de puissance BT (débrochable)
Commande locale (ON/OFF)
Commande locale (ON/OFF)

Disjoncteur de puissance BT et protection
Vue arrière des
contacts d’embrochage et TC

Disjoncteurs de puissance BT
ƒ Utilisés dans des CD
ƒ Débrochables
ƒ Architecture ouverte (pièces mécaniques internes
accessibles en position débrochée pour réparation et
ajustement sans devoir interrompre les autres charges)
ƒ Dispositifs de protection intégrés de type
électromécanique (fixe ou ajustable) ou électronique
(caractéristique programmable).
ƒ In: 600 à 6 000 A à 240, 480 et 600 V.
ƒ Capacité d’interruption : 14 000 et 100 000 A
(200 000 A avec des fusibles HPC)

Capacité d’interruption des disjoncteurs de
puissance 600V
100 kA
6000 A
80 kA
4000 A
65 kA
3000 A
50 kA
1600 A, 2000 A
30 kA et 42 kA
600 A, 800 A
CAPACITÉ
D’INTERRUPTION
CHÂSSIS

Disjoncteurs sous boîtier moulé

ƒ Le disjoncteur sous boîtier moulé (MCCB :
« Molded Case Circuit Breaker ») est un élément
essentiel dans les systèmes de distribution BT
(600 V et moins).
ƒ Introduit sur le marché en 1920, le disjoncteur
sous boîtier moulé est un dispositif conçu
ƒ pour ouvrir et fermer manuellement un circuit
électrique
ƒ pour ouvrir automatiquement le circuit dans le cas
d’une surcharge et/ou d’un court-circuit

Un disjoncteur sous boîtier moulé :
ƒ est capable de commuter son courant nominal un très
grand nombre de fois;
ƒ commute les trois phases en même temps
ƒ peut interrompre des courants de défaut plusieurs fois
sans s’endommager
ƒ indique l’état du circuit: ouvert (OFF), fermé (ON),
déclenché («Tripped »)
ƒ n’a pas de partie sous tension exposée
ƒ est équipé d’une protection de surintensité instantanée
(magnétique) et/ou temporisée (thermique) fixe ou
ajustable
ƒ In: 15 à 3000A, Cap. d’interruption 10 à 100 kA

Comparaison disjoncteurs B.T.
électrique et/ou manuelle
manuelle
Opération
ajustable
dispositif de relève, donc peut
tolérer de forts courants de
courte durée
fixe ou ajustable
auto protection (« Over
Ride ») par déclenchement
magnétique
Protection
ouverte
entretien nécessaire
scellée
sans entretien
Construction
600 à 6 000 A
100 %
15 à 3 000 A
100 % à l’air libre
80 % dans cabinet
(si non spécifié)
Capacité
nominale
débrochable
dans centre de distribution
fixe
dans panneau de distribution
Montage
Disjoncteur de puissance
Disjoncteur sous boîtier moulé

Panneaux de distribution (PD) et d’éclairage

Panneaux de distribution (PD) et d’éclairage
ƒ Éclairage habituellement alimentée à partir d’un PD 1ph.
120/240 V ou 3ph. 347/600 V
ƒ Les PD ont une capacité de 100 à 600 A. Jusqu’à 42
circuits. Disjoncteurs de 15 à 125 A
ƒ Capacité d’interruption du panneau = celle de l’élément
le plus faible, habituellement le disjoncteur de plus petit
calibre (15 A)
ƒ Dépendamment du niveau de tension, on retrouve des
disjoncteurs ayant une capacité d’interruption jusqu’à
65 kA

Panneaux de puissance (PP)
Avec disjoncteurs sous boîtier moulé Avec sectionneurs à fusibles

Panneaux de puissance (PP)
ƒ Les PP ont une capacité de 100 à 1600 A à
347/600 V
ƒ La capacité d’interruption peut aller
jusqu’à 100 000 A
ƒ Les PP peuvent être composés de
disjoncteurs ou de sectionneurs à fusibles

Fusibles BT

FUSIBLES
ƒ dispositif de protection constitué de filaments qui
fondent lorsqu’un courant de surcharge ou de
court-circuit les traverse
ƒ mesure du courant, caractéristiques temps-courant et
interruption du circuit
ƒ n’est pas conçu pour ouvrir ou fermer le circuit. Un
interrupteur ou un disjoncteur est requis
ƒ est un dispositif monophasé. Seules les phases
subissant une surintensité seront coupées
ƒ doit être remplacé après son opération

À cause de leur construction et de leur application
différentes, les fusibles sont habituellement
classés en deux catégories :
ƒ les fusibles basse tension - 1000 volts et moins
ƒ les fusibles moyenne (2,4 à 60 kV) et haute
tension (69 kV et plus)

Exemple:
Coordination entre
deux fusibles

Caractéristique Temps-Courant
ƒ Représente le temps d’opération
ƒ Graph log-log

Graph log-log
Fusible
Type SM
Calibre 175E
Amp à 2,4 kV

Graph log-log
Fusible
Type HRC-I-J
Calibre 300A
Amp à 600 V

Comparaison des temps d’opération des deux
fusibles, sur une base commune
(Amp à 600V)
Ampères du fusible 2,4 kV rapportés à 600 V

Comparaison des
temps d’opération
des deux fusibles,
sur une base
commune
(ampères à 600V)

Que se passe-t-il si le courant de défaut est très élevé ?
Le temps d’opération de certains types de fusible devient < ½ cycle
Le fusible opère en limitation de courant

Limitation de courant
ƒ Temps d’opération: tc < ½ cycle
ƒ Le courant est coupé avant qu'il n'atteigne le courant
de défaut maximal disponible (Ip < Imax)

Imax: Courant de défaut maximal disponible (valeur crête asymétrique) sans fusible.
Ip: Courant de crête (peak let-through).
tm: Temps de fusion (Melting Time)
ta: Temps d'extinction de l'arc (Arcing Time)
tc: Temps total d'interruption (Total Clearing Time) tc = ta + tm
I2t: Quantité d'énergie thermique totale (A + B) développée dans le circuit durant le
temps de fusion et d'extinction du fusible.
La norme assume un facteur d’asymétrie de
2,3 correspondant à un X/R = 6,6

Capacité d'interruption (Interruption Rating) :
Courant RMS maximal qu'un fusible peut interrompre, avec ou sans limitation
de courant.
HPC (HRC High Rupting Capacity) :
Haut pouvoir de coupure de 100 000 à 200 000 ampères RMS.
Courant d'avalanche (Threshold Current) :
Courant RMS symétrique à partir duquel un fusible opère en limitation de
courant.
Action temporisée (Time Delay) :
Fusible conçu pour supporter 500% de son intensité nominale pendant 10
secondes sans opérer.

La norme C22.2 no. 106-M1990 de l'ACNOR stipule pour
les fusibles :
ƒ la dénomination
ƒ les dimensions
ƒ les contraintes thermiques
ƒ la valeur du courant crête.
HRC-I :
Fusible à action rapide, utilisé pour la protection des charges résistives, des câbles ou des jeux
de barres omnibus. Certaines catégories de fusibles de type HRCI (Time Delay) s'appliquent
aussi à la protection de moteur
HRC-II :
Fusible à action rapide, habituellement utilisé pour la protection de moteur

Fusible : protection de court circuit (câble et moteur)
Protection de surcharge : déclenche le contacteur
Fusibles de type temporisé (HRC-I-J Time Delay -> 10 sec. à 500 % In)
pour le courant de démarrage des moteurs

Sélectivité si:
I2t(total) < I2t (fusion)
Sinon, les 2 fusibles
opèrent
Sélectivité des fusibles en limitation de courant

d’un fusible 400A
avec un courant de
défaut de 50 kA eff.
Imax = 2,3 x 50 = 115 kA
Ip = 20 kA crête
≈ 9 kA eff.

Capacité d’interruption
Lors de défauts électriques, les dispositifs de
commutation (disj., fusibles, interrupteurs)
ƒ servent de protection
ƒ doivent être sécuritaires
-> Il doivent avoir la capacité d’interrompre
sécuritairement le courant de court-circuit

Si Capacité d'interruption (IR) < Courant court-circuit max. (Icc)
Il est fort possible que le dispositif de commutation explose en
essayant d’interrompre le courant et qu’il y ait un défaut d’arc

Qu’est-ce qu’un ARC ÉLECTRIQUE ?
ƒ Passage d’un courant entre deux conducteurs au
travers d’un gaz ou d’une vapeur ionisée (air)
ƒ CAUSES :
ƒ Défaillance d’équipement (Ex.: disjoncteur, multimètre
défectueux)
ƒ Capacité d’interruption insuffisante
ƒ Rupture d’isolation
ƒ Présence d’un matériel conducteur (Ex.: tournevis, saleté)

Exposition aux arcs électriques
Les risques sont plus importants en BT (600 V) qu’en MT et HT
ƒ Il y a plus d’équipement, de travaux et de manœuvres en BT
ƒ Le personnel est plus rapproché des équipements lors des
manœuvres/travaux
ƒ Le courant de court-circuit est plus élevé (parce que la
tension est plus faible)
ƒ Le personnel craint plus les chocs électriques en MT/HT et se
méfie moins en BT

Arcs électriques (Arc Flash)
ƒ Courant important (en kA) durant le temps de détection par
la protection et l’élimination par l’élément de coupure
(principal ou relève en cas de défaillance)
ƒ Température de l’arc: 19 400 ºC (35 000 ºF)
ƒ 4 fois la température de la surface du soleil
ƒ 3ième source de chaleur après le laser et la fission nucléaire
ƒ Les matériaux ne fondent pas, ils se vaporisent !
ƒ cuivre : 67 000 x volume -> Explosion
ƒ Éclats d’équipements
ƒ Métal en fusion
ƒ Bruit
ƒ Lumière intense

Risques associés aux défauts d’arcs (arc flash)

Conséquences pour le personnel :
ƒ Vêtements inflammables peuvent prendre feu
ƒ Graves brûlures jusqu’à 3 mètres
ƒ Commotion et bris de membres
ƒ Dommage aux tympans et aux poumons
ƒ Éblouissement

Normes applicables
ƒ National Fire Protection Association NFPA 70E-2004
ƒ « Standard for Electrical Safety in the Workplace»
ƒ Consensus volontaire publié en 2000
ƒ caractéristiques vêtements de sécurité vs énergie reçue
ƒ Directives interventions sur équipements électriques
ƒ IEEE 1584-2002
ƒ « Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations »
ƒ Code de l’électricité
ƒ CSA C22.1-02 (canadien) ou NEC (américain)

Que dit la norme NFPA 70E-2004 ?
ƒ Ne pas travailler sur des équipements sous tension autant
que possible !
ƒ Une analyse de risques des chocs et des flashs d’arcs doit
être faite avant qu’une personne ne s’approche de toute
partie électrique qui n’a pas été placée dans une condition
de travail sécuritaire (Electrical Safe Work Condition)

Qu’est-ce qu’une condition de travail sécuritaire ?
ƒ Une zone de travail ne peut être considérée comme étant
sécuritaire (Electrical Safe Work Condition) tant que:
ƒ toutes les sources d’énergie n’ont pas été isolées et cadenassées,
ƒ l’absence de tension vérifiée,
ƒ la pose de mise à la terre (MALT) volante effectuée,
ƒ la signalisation mise en place.
ƒ Donc, les actions à prendre pour établir une zone de travail
sécuritaire nécessitent une analyse de risques (chocs et
flashs d’arc)

Types d’intervention à considérer
ƒ Poste extérieur/ligne aérienne :
ƒ Ouverture/fermeture manuelle de sectionneurs sur jeux de
barres/poteaux
ƒ Vérification présence/absence de tension
ƒ Pose/retrait de MALT volante
ƒ Inspection visuelle/infrarouge
ƒ Sous-station intérieure :
ƒ Débrochage/embrochage disjoncteur/démarreur
ƒ Intervention sur tiroirs CCM ou PD/PP
ƒ Vérification présence/absence de tension
ƒ Pose/retrait de MALT volante
ƒ Inspection visuelle/infrarouge

Analyse de risques de flashs d’arc
ƒ Réaliser une étude d’exposition aux arcs électriques
ƒ IEEE 1584-2002 « Guide for Performing Arc-Flash Hazard
Calculations »
ƒ Trois paramètres de base sont nécessaires à une
étude d’exposition aux arcs électriques :
1.La distance d’intervention (fonction du type
d’intervention);
2.Le niveau de défaut de l’arc (fonction du réseau);
3.La durée d’exposition (fonction des protections).

Étude d’exposition aux arcs électriques
ƒ Déterminer la catégorie d’EPI à porter en fonction des types
d’intervention (conforme au NFPA 70E).
ƒ Déterminer la distance de protection de flash d’arc
ƒ Distance minimale d’intervention à l’intérieur de laquelle une
personne risque des brûlures supérieures ou égales au 2e degré
ƒ L’énergie thermique incidente entraînant une brûlure du 2e degré sur
la peau est de 5 J/cm2 (1,2 cal/cm2)

Catégories d’EPI
EPI catégorie 0 Énergie inférieure à 2 cal/cm2
EPI catégorie 1 Énergie de 2 cal/cm2 à 4 cal/cm2
* Pour les niveaux d’exposition supérieurs à 40 cal/cm2 aucun EPI ne peut protéger
adéquatement – travail à proscrire sur cet équipement.

Équipements de protection individuelle (EPI)
EPI 1 EPI (-1) EPI 0

ƒ EPI niveau 0 (jusqu’à 2 cal/cm2 )
ƒ Chemise à manches longues en coton
ƒ Pantalon en coton
Autres EPI :
ƒ Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques
ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique
ƒ Chemise à manches longues et pantalon de catégorie 1 ou
combinaison de catégorie 1
Autres EPI :
ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV)
ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de
l’intervention (choc)

Première couche :
ƒ T-shirt à manches courtes en fibres naturelles non traitées
Deuxième couche :
ƒ Chemise à manches longues et pantalon ignifuge ou combinaison
ignifuge
Autres EPI :
ƒ Protecteurs auditifs;
ƒ Protecteur facial;

EPI NIVEAU 2

Première couche :
ƒ T-shirt à manches courtes en fibres naturelles non traitées
Deuxième couche :
ƒ Deux combinaisons ignifuges ou
ƒ Chemise à manches longues et pantalon ignifuge et combinaison
ignifuge
Autres EPI :
ƒ Cagoule faciale
ƒ Protecteurs auditifs

EPI NIVEAU 3

Deux premières couches identiques à EPI niveau 2
Troisième couche :
ƒ Manteau en Nomex IIIA deux plis d’une longueur de 50’’
ƒ Cagoule en Nomex avec visière en propionate ambrée protégeant
contre les rayons UV
Autres EPI :
ƒ Protecteurs auditifs;
ƒ Gants de classe risque arc électrique niveau 3 ou …

EPI NIVEAU 4

Un intervenant, portant un EPI approprié contre
le flash d’un arc électrique, peut encore subir
des blessures sévères, voire mortelles, à cause
des effets de l’explosion d’arc et des débris qui
sont projetés.

Courant de court-circuit
ƒ Limité par l’impédance interne équivalente (Zcc), de la source
jusqu’au point de défaut

ƒ Circuit équivalent d'un défaut triphasé (l’impédance du court-
circuit est assumé = 0)
Source tension
(équivalent Thévenin)
Icc infinie à ses bornes
Charge du réseau
Défaut franc ou
défaut d’arc

ƒ Modèle monophasé:
ƒ Réseau triphasé:
cc
cc
Z
E
I =
φ
1
1
3
3
Z
V
I
LL
cc =
φ

Puissance de court-circuit triphasée
ƒ Une autre façon de décrire l’impédance interne
équivalente de la source d’alimentation est
d’exprimer la puissance de court-circuit d’un réseau
en un point donné.
V
=
S
1
2
LL
cc3
Z
φ

Puissance de court-circuit
ƒ Puissance délivrée par la source dans un défaut triphasé en
un point donné
ƒ Source Thévenin, donc tension constante (VLL) même lors
d’un court-circuit
ƒ Scc (en MVA) plus facile à comparer que Icc (en A), qui
dépend du niveau de tension
φ
φ 3
3 3 cc
LL
cc I
V
S ×
×
=

Une puissance de court-circuit triphasé élevée :
ƒ => une impédance de source faible
ƒ => impact positif sur les performances d’un réseau
Le niveau de défaut d’un réseau permet :
ƒ établir les pouvoirs de coupure et de fermeture des
disjoncteurs;
ƒ vérifier la tenue thermique et mécanique des équipements
(câbles, transformateurs, etc.);
ƒ calculer le réglage et la portée des relais de protection;
ƒ évaluer la régulation de tension d’un réseau (chutes de
tension dues à la charge ou au démarrage de moteurs).

Exemple:
La puissance de court-circuit triphasé dans un poste 25 kV est
de 200 MVA.
Ω
= 125
,
3
VA)
000
000
(200
V)
000
(25
=
S
V
=
2
cc3
2
LL
1
φ
Z
kA
kV
MVA
62
,
4
25
3
200
V
3
S
=
I
LL
cc3
cc3 =
×
=
×
φ
φ

Exemple:
Scc = 250 MVA au primaire d’un transfo. 25 kV correspond à
Icc = 5.77 kA à 25 kV
Scc = 30 MVA au secondaire d’un transfo. 600 V correspond à
Icc = 28.8 kA à 600 V
kA
V
S
I
LL
cc
cc 77
,
5
3
3
3 =
×
= φ
φ
Ω
=
=
= 5
,
2
3
2
1
3
φ
φ
cc
LL
cc
S
V
Z
Z

Contribution des moteurs
ƒ Les moteurs à induction et synchrone
contribuent de façon non négligeable au
courant de défaut triphasé, car:
ƒ Le moteur est magnétisé juste avant le défaut
ƒ Le moteur est entraîné par l’inertie de sa charge
mécanique
-> Il devient momentanément un générateur

ƒ La puissance nominale des moteurs :
ƒ Quand on ne connaît pas le facteur de puissance (FP) et
l'efficacité d'un moteur, on peut utiliser les approximations
suivantes:
ƒ Moteurs à induction: 1,0 kVA/hp
ƒ Moteurs synchrones, 0,8 FP: 1,0 kVA/hp
ƒ 0,9 FP: 0,9 kVA/hp
ƒ 1,0 FP: 0,8 kVA/h
efficacité
x
FP
0,746
x
P
=
S
HP)
(en
kVA)
(en
1000
I
V
3
=
S
n
n
kVA)
(en

ƒ On utilise le même modèle que celui d’un
générateur (source)
ƒ Moteurs à induction, on utilise seulement Xd’’ pour
modéliser l’impédance interne
ƒ In = courant nominal du moteur
ƒ Id = courant à rotor barré du moteur
d
n
d
I
I
X ≈
'
'

Exemple Ω
=
= 00144
,
0
250
)
6
,
0
( 2
MVA
kV
Zr
Ω
=
×
= 0108
,
0
2
)
6
,
0
( 2
_
MVA
kV
Z
Z pu
T
T
Ω
=
×
×
= 0277
,
0
2
3
,
1
5
)
6
,
0
( 2
MVA
kV
ZM
M
T
r
M
T
r
cc
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
1
1
1
//
)
(
+
+
=
+
=
Ω
= 0085
,
0
cc
Z
MVA
kV
Scc 4
,
42
0085
,
0
)
6
,
0
( 2
=
Ω
=
kA
kV
MVA
Icc 8
,
40
6
,
0
3
4
,
42
=
×
=

Courant de court-circuit ultime
Pour déterminer la capacité d’interruption de l’appareillage BT
(CD, CCM, disjoncteurs, fusibles, etc.). On ne veut pas sous-
dimensionner car l’installation pourrait devenir inadéquate
(dangereuse) si certains paramètres varient:
ƒContribution maximale du réseau via le transformateur
(approximation : Source HQ infinie)
+
ƒContribution de la charge motrice totale raccordée
(approximation : charge motrice ultimement possible)

Exemple :
On suppose
ƒ un réseau MT infinie (Xr = 0)
ƒ Un transformateur à l’huile SONAF = 1.33 x SONAN
ƒ Une impédance de transfo. typique: Z = 6%
ƒ Une puissance motrice ultime installée jusqu’à 130% de SONAF du
transformateur car les moteurs ne sont chargés en moyenne qu’à
75% de leur puissance nominale ce qui permet d’avoir une
puissance motrice installée supérieur à la puissance ultime du
transformateur.
ONAN
ONAN
u
p
ONAN
T
S
V
pu
S
V
Z
S
V
X
×
=
×
=
×
=
7
,
16
06
,
0
2
2
.
2
ONAN
ONAN
ONAF
ONAF
M
S
V
S
V
S
V
pu
S
V
X
×
=
×
×
×
=
×
×
=
⋅
×
=
6
,
8
33
,
1
5
3
,
1
5
3
,
1
2
,
0
%
130
2
2
2
2

Exemple :
ONAF
u
p
ONAN
cc P
Z
P
S ⋅
⋅
+
= 5
3
,
1
.
.
ONAN
cc P
S ×
≈ 25
M
T
M
T
S
cc
X
X
V
X
X
X
V
S
1
1
1
//
)
(
2
2
+
=
+
=

Capacité d'interruption typique en fonction du transformateur de puissance
100 kA
93,8 kA
3,75 MVA
80 kA
75,0 kA
3,0 MVA
65 kA
62,5 kA
2,5 MVA
50 kA
50 kA
2,0 MVA
42 kA
37,5 kA
1,5 MVA
30 kA
25 kA
1,0 MVA
CAPACITÉ
D'INTERRUPTION
NORMALISÉE
(kA à 600V)
CAPACITÉ
D'INTERRUPTION
MINIMALE
(kA à 600 V)
PUISSANCE
NOMINALE DU
TRANSFORMATEUR
PONAN

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