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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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 2
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.
Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 4
Électricité Industrielle
Interruption de courant par un sectionneur HT (315 kV)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 5
Électricité Industrielle
Sectionneur-rupteur (Load-Break Switch) ou
Interrupteur
ƒ Sectionneur capable d’interrompre jusqu’à son
courant nominal
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 6
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 7
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);
Électricité Industrielle
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 8
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 9
Électricité Industrielle
Disjoncteur HT
Disjoncteur HT à l’huile
ƒ Alimentation 161 kV
Boîtier de
commande
Chambre de
coupure SF6
Réservoir d’air comprimé
Traversée
haute tension
Chambre de coupure
(gros volume d’huile)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 10
Électricité Industrielle
Disjoncteur MT (intérieur)
Disjoncteur MT à l’huile
ƒ Alimentation 2,4 kV
Chambre de
coupure SF6
Réservoir d’air comprimé
Traversées
moyenne tension
Chambre de coupure
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 11
Électricité Industrielle
Disjoncteur MT à l’air (inst. intérieure à 4,16 kV)
Chambre de
coupure SF6
Réservoir d’air comprimé
Contacts d’embrochage
Contacts de coupure
Mécanisme
Chicane d’arc
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 12
Électricité Industrielle
Disjoncteur MT à l’air
Contact fermé Contact ouvert
Chicane d’arc
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 13
Électricité Industrielle
Disjoncteur MT (Tableau de commutation)
Réservoir d’air comprimé
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 14
Électricité Industrielle
Disjoncteur MT (Tableau de commutation)
Réservoir d’air comprimé
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 15
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 :
Électricité Industrielle
Transformateur de puissance
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 16
Électricité Industrielle
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 =
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 17
Électricité Industrielle
Modèle du transformateur
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 18
Électricité Industrielle
Modèle simplifié du transformateur
)
L
n
L
(
j
)
R
n
R
(
jX
R
Z 2
2
1
2
2
1
P
P
T +
ω
+
+
=
+
=
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 19
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 20
Électricité Industrielle
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
_ =
×
=
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 21
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 22
Électricité Industrielle
Transformateur de puissance à sec
Câbles MT au
primaire
Jeux de barre BT
au secondaire
Ventillateurs de
refroidissement
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 23
Électricité Industrielle
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.
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 24
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 25
Électricité Industrielle
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).
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 26
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 27
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 28
Électricité Industrielle
Réservoir d’huile et accessoires
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 29
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 30
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 31
Cabinet de contrôle
du changeur de prise
Assécheur
d'air
Relais de pression
soudaine
Réservoir
d'expansion
pour LTC
Électricité Industrielle
Transformateur avec changeur de prise en charge:
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 32
Électricité Industrielle
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) :
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 33
Électricité Industrielle
Température de l’huile et des enroulements
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 34
Électricité Industrielle
Parafoudre HT
Indicateur de niveau
Réservoir d’expansion
du LTC
Traversée HT
Traversées :
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 35
Électricité Industrielle
Détails d'une traversée HT
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 36
Électricité Industrielle
Parafoudres HT
Compteur de décharge
Parafoudres :
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 37
Électricité Industrielle
Types de parafoudres :
ƒ Distribution
ƒ Intermédiaire
ƒ Station
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 38
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 39
Électricité Industrielle
Parafoudre à l’oxyde de zinc (ZnO)
Caractéristique courant-tension d’une
varistance à oxyde de zinc
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 40
Électricité Industrielle
Transformateur de courant (HT)
Disjoncteur
(Chambre de
coupure)
Transformateur
de courant
Colonne isolante
Colonne isolante
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 41
Électricité Industrielle
Type « Bobine »
(Bar Type)
Type « Toroïdal »
(Traversée, Beigne)
Transformateur de courant (MT, BT)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 42
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 43
Électricité Industrielle
Courbe de magnétisation d’un TC
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 44
Électricité Industrielle
Courant primaire (I1) = Source courant
Ne jamais ouvrir le secondaire d’un TC lorsque le
primaire est alimenté !
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 45
Électricité Industrielle
Mise à la terre du secondaire d’un TC
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 46
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 47
Électricité Industrielle
Moyenne Tension
Haute Tension
Transformateur de tension (TT) inductif
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 48
Électricité Industrielle
Mise à la terre du secondaire d’un TT
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 49
Électricité Industrielle
Transformateur de tension capacitif
230 kV
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 50
Électricité Industrielle
Tableau de commutation 4,16 kV, 3000 A
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 51
Électricité Industrielle
Relais de protection
Commande locale
Mesure
Cellule
et disjoncteur MT
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 52
Électricité Industrielle
Unité de mesure numérique (DMS)
PowerLogic - SquareD
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 53
Électricité Industrielle
Relais de protection
ƒ Relais de surintensité de courant (50/51)
Électromécanique - GE Électronique - Alstom
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 54
Électricité Industrielle
Relais de protection
Relais de distance (21)
OPTIMHO LFZP - Alstom
Relais de déclenchement
à réarmement manuel (86)
MVAJ - Alstom
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 55
Électricité Industrielle
Relais de protection de moteur (multifonctions)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 56
Électricité Industrielle
Schéma de commande c.c. d’un disjoncteur
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 1
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 2
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 3
Électricité Industrielle
Disjoncteur de puissance BT (débrochable)
Commande locale (ON/OFF)
Relais de protection
Commande locale (ON/OFF)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 4
Électricité Industrielle
Disjoncteur de puissance BT et protection
Vue arrière des
contacts d’embrochage et TC
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 5
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 6
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 7
Électricité Industrielle
Disjoncteurs sous boîtier moulé
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 8
Électricité Industrielle
Disjoncteurs sous boîtier moulé
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 9
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 10
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 11
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 12
Électricité Industrielle
Panneaux de distribution (PD) et d’éclairage
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 13
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 14
Électricité Industrielle
Panneaux de puissance (PP)
Avec disjoncteurs sous boîtier moulé Avec sectionneurs à fusibles
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 15
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 16
Électricité Industrielle
Fusibles BT
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
Exemple:
Coordination entre
deux fusibles
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Électricité Industrielle
Caractéristique Temps-Courant
ƒ Représente le temps d’opération
ƒ Graph log-log
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Électricité Industrielle
Graph log-log
Fusible
Type SM
Calibre 175E
Amp à 2,4 kV
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Électricité Industrielle
Graph log-log
Fusible
Type HRC-I-J
Calibre 300A
Amp à 600 V
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
Comparaison des
temps d’opération
des deux fusibles,
sur une base
commune
(ampères à 600V)
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
Limitation de courant
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
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Électricité Industrielle
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.
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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
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Sélectivité si:
I2t(total) < I2t (fusion)
Sinon, les 2 fusibles
opèrent
Électricité Industrielle
Sélectivité des fusibles en limitation de courant
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Électricité Industrielle
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.
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
Risques associés aux défauts d’arcs (arc flash)
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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).
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Électricité Industrielle
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)
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Électricité Industrielle
Catégories d’EPI
EPI catégorie 0 Énergie inférieure à 2 cal/cm2
EPI catégorie 1 Énergie de 2 cal/cm2 à 4 cal/cm2
EPI catégorie 2 Énergie de 4 cal/cm2 à 8 cal/cm2
EPI catégorie 3 Énergie de 8 cal/cm2 à 25 cal/cm2
EPI catégorie 4 Énergie de 25 cal/cm2 à 40 cal/cm2
* Pour les niveaux d’exposition supérieurs à 40 cal/cm2 aucun EPI ne peut protéger
adéquatement – travail à proscrire sur cet équipement.
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Électricité Industrielle
Équipements de protection individuelle (EPI)
EPI 1 EPI (-1) EPI 0
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Électricité Industrielle
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 EPI niveau 1 (jusqu’à 4 cal/cm2 )
ƒ Chemise à manches longues et pantalon de catégorie 1 ou
combinaison de catégorie 1
Autres EPI :
ƒ Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques
ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique
ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV)
ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de
l’intervention (choc)
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Électricité Industrielle
ƒ EPI niveau 2 (jusqu’à 8 cal/cm2 )
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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques
ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique
ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV)
ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de
l’intervention (choc)
ƒ Protecteurs auditifs;
ƒ Protecteur facial;
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Électricité Industrielle
EPI NIVEAU 2
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Électricité Industrielle
ƒ EPI niveau 3 (jusqu’à 25 cal/cm2 )
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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques
ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique
ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV)
ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de
l’intervention (choc)
ƒ Cagoule faciale
ƒ Protecteurs auditifs
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Électricité Industrielle
EPI NIVEAU 3
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Électricité Industrielle
ƒ EPI niveau 4 (jusqu’à 40 cal/cm2 )
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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques
ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique
ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV)
ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de
l’intervention (choc)
ƒ Protecteurs auditifs;
ƒ Gants de classe risque arc électrique niveau 3 ou …
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Électricité Industrielle
EPI NIVEAU 4
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Électricité Industrielle
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.
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Électricité Industrielle
Courant de court-circuit
ƒ Limité par l’impédance interne équivalente (Zcc), de la source
jusqu’au point de défaut
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Électricité Industrielle
Courant de court-circuit
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
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Électricité Industrielle
Courant de court-circuit
ƒ Modèle monophasé:
ƒ Réseau triphasé:
cc
cc
Z
E
I =
φ
1
1
3
3
Z
V
I
LL
cc =
φ
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Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
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 ×
×
=
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Électricité Industrielle
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).
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Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 32
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 33
Électricité Industrielle
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
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Électricité Industrielle
Contribution des moteurs
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 35
Électricité Industrielle
Contribution des moteurs
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 ≈
'
'
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 36
Électricité Industrielle
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
=
×
=
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 37
Électricité Industrielle
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)
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 38
Électricité Industrielle
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
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 39
Électricité Industrielle
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
+
=
+
=
2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 40
Électricité Industrielle
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
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  • 1. 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
  • 2. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 2 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. Électricité Industrielle 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
  • 3. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 3 Électricité Industrielle
  • 4. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 4 Électricité Industrielle Interruption de courant par un sectionneur HT (315 kV)
  • 5. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 5 Électricité Industrielle Sectionneur-rupteur (Load-Break Switch) ou Interrupteur ƒ Sectionneur capable d’interrompre jusqu’à son courant nominal
  • 6. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 6 Électricité Industrielle 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)
  • 7. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 7 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); Électricité Industrielle
  • 8. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 8 Électricité Industrielle 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
  • 9. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 9 Électricité Industrielle Disjoncteur HT Disjoncteur HT à l’huile ƒ Alimentation 161 kV Boîtier de commande Chambre de coupure SF6 Réservoir d’air comprimé Traversée haute tension Chambre de coupure (gros volume d’huile)
  • 10. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 10 Électricité Industrielle Disjoncteur MT (intérieur) Disjoncteur MT à l’huile ƒ Alimentation 2,4 kV Chambre de coupure SF6 Réservoir d’air comprimé Traversées moyenne tension Chambre de coupure
  • 11. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 11 Électricité Industrielle Disjoncteur MT à l’air (inst. intérieure à 4,16 kV) Chambre de coupure SF6 Réservoir d’air comprimé Contacts d’embrochage Contacts de coupure Mécanisme Chicane d’arc
  • 12. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 12 Électricité Industrielle Disjoncteur MT à l’air Contact fermé Contact ouvert Chicane d’arc
  • 13. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 13 Électricité Industrielle Disjoncteur MT (Tableau de commutation) Réservoir d’air comprimé
  • 14. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 14 Électricité Industrielle Disjoncteur MT (Tableau de commutation) Réservoir d’air comprimé 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
  • 15. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 15 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 : Électricité Industrielle Transformateur de puissance
  • 16. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 16 Électricité Industrielle 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 =
  • 17. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 17 Électricité Industrielle Modèle du transformateur
  • 18. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 18 Électricité Industrielle Modèle simplifié du transformateur ) L n L ( j ) R n R ( jX R Z 2 2 1 2 2 1 P P T + ω + + = + =
  • 19. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 19 Électricité Industrielle 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
  • 20. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 20 Électricité Industrielle 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 _ = × =
  • 21. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 21 Électricité Industrielle 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
  • 22. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 22 Électricité Industrielle Transformateur de puissance à sec Câbles MT au primaire Jeux de barre BT au secondaire Ventillateurs de refroidissement
  • 23. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 23 Électricité Industrielle 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.
  • 24. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 24 Électricité Industrielle 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)
  • 25. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 25 Électricité Industrielle 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).
  • 26. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 26 Électricité Industrielle 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)
  • 27. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 27 Électricité Industrielle 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
  • 28. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 28 Électricité Industrielle Réservoir d’huile et accessoires
  • 29. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 29 Électricité Industrielle 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
  • 30. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 30 Électricité Industrielle 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)
  • 31. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 31 Cabinet de contrôle du changeur de prise Assécheur d'air Relais de pression soudaine Réservoir d'expansion pour LTC Électricité Industrielle Transformateur avec changeur de prise en charge:
  • 32. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 32 Électricité Industrielle 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) :
  • 33. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 33 Électricité Industrielle Température de l’huile et des enroulements
  • 34. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 34 Électricité Industrielle Parafoudre HT Indicateur de niveau Réservoir d’expansion du LTC Traversée HT Traversées :
  • 35. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 35 Électricité Industrielle Détails d'une traversée HT
  • 36. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 36 Électricité Industrielle Parafoudres HT Compteur de décharge Parafoudres :
  • 37. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 37 Électricité Industrielle Types de parafoudres : ƒ Distribution ƒ Intermédiaire ƒ Station
  • 38. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 38 Électricité Industrielle 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
  • 39. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 39 Électricité Industrielle Parafoudre à l’oxyde de zinc (ZnO) Caractéristique courant-tension d’une varistance à oxyde de zinc
  • 40. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 40 Électricité Industrielle Transformateur de courant (HT) Disjoncteur (Chambre de coupure) Transformateur de courant Colonne isolante Colonne isolante
  • 41. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 41 Électricité Industrielle Type « Bobine » (Bar Type) Type « Toroïdal » (Traversée, Beigne) Transformateur de courant (MT, BT)
  • 42. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 42 Électricité Industrielle 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
  • 43. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 43 Électricité Industrielle Courbe de magnétisation d’un TC
  • 44. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 44 Électricité Industrielle Courant primaire (I1) = Source courant Ne jamais ouvrir le secondaire d’un TC lorsque le primaire est alimenté !
  • 45. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 45 Électricité Industrielle Mise à la terre du secondaire d’un TC
  • 46. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 46 Électricité Industrielle 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
  • 47. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 47 Électricité Industrielle Moyenne Tension Haute Tension Transformateur de tension (TT) inductif
  • 48. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 48 Électricité Industrielle Mise à la terre du secondaire d’un TT
  • 49. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 49 Électricité Industrielle Transformateur de tension capacitif 230 kV
  • 50. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 50 Électricité Industrielle Tableau de commutation 4,16 kV, 3000 A
  • 51. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 51 Électricité Industrielle Relais de protection Commande locale Mesure Cellule et disjoncteur MT
  • 52. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 52 Électricité Industrielle Unité de mesure numérique (DMS) PowerLogic - SquareD
  • 53. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 53 Électricité Industrielle Relais de protection ƒ Relais de surintensité de courant (50/51) Électromécanique - GE Électronique - Alstom
  • 54. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 54 Électricité Industrielle Relais de protection Relais de distance (21) OPTIMHO LFZP - Alstom Relais de déclenchement à réarmement manuel (86) MVAJ - Alstom
  • 55. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 55 Électricité Industrielle Relais de protection de moteur (multifonctions)
  • 56. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 56 Électricité Industrielle Schéma de commande c.c. d’un disjoncteur
  • 57. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 1 Électricité Industrielle 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)
  • 58. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 2 Électricité Industrielle 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
  • 59. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 3 Électricité Industrielle Disjoncteur de puissance BT (débrochable) Commande locale (ON/OFF) Relais de protection Commande locale (ON/OFF)
  • 60. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 4 Électricité Industrielle Disjoncteur de puissance BT et protection Vue arrière des contacts d’embrochage et TC
  • 61. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 5 Électricité Industrielle 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)
  • 62. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 6 Électricité Industrielle 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
  • 63. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 7 Électricité Industrielle Disjoncteurs sous boîtier moulé
  • 64. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 8 Électricité Industrielle Disjoncteurs sous boîtier moulé
  • 65. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 9 Électricité Industrielle 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
  • 66. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 10 Électricité Industrielle 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
  • 67. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 11 Électricité Industrielle 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
  • 68. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 12 Électricité Industrielle Panneaux de distribution (PD) et d’éclairage
  • 69. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 13 Électricité Industrielle 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
  • 70. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 14 Électricité Industrielle Panneaux de puissance (PP) Avec disjoncteurs sous boîtier moulé Avec sectionneurs à fusibles
  • 71. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 15 Électricité Industrielle 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
  • 72. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 16 Électricité Industrielle Fusibles BT
  • 73. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 17 Électricité Industrielle 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
  • 74. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 18 Électricité Industrielle 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)
  • 75. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 19 Électricité Industrielle Exemple: Coordination entre deux fusibles
  • 76. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 20 Électricité Industrielle Caractéristique Temps-Courant ƒ Représente le temps d’opération ƒ Graph log-log
  • 77. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 21 Électricité Industrielle Graph log-log Fusible Type SM Calibre 175E Amp à 2,4 kV
  • 78. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 22 Électricité Industrielle Graph log-log Fusible Type HRC-I-J Calibre 300A Amp à 600 V
  • 79. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 23 Électricité Industrielle 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
  • 80. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 24 Électricité Industrielle Comparaison des temps d’opération des deux fusibles, sur une base commune (ampères à 600V)
  • 81. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 25 Électricité Industrielle 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
  • 82. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 26 Électricité Industrielle 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)
  • 83. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 27 Électricité Industrielle Limitation de courant 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
  • 84. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 28 Électricité Industrielle 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.
  • 85. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 29 Électricité Industrielle 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
  • 86. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 30 Électricité Industrielle 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
  • 87. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 31 Sélectivité si: I2t(total) < I2t (fusion) Sinon, les 2 fusibles opèrent Électricité Industrielle Sélectivité des fusibles en limitation de courant
  • 88. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 32 Électricité Industrielle 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.
  • 89. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 1 Électricité Industrielle 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
  • 90. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 2 Électricité Industrielle 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
  • 91. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 3 Électricité Industrielle 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)
  • 92. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 4 Électricité Industrielle 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
  • 93. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 5 Électricité Industrielle 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
  • 94. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 6 Électricité Industrielle Risques associés aux défauts d’arcs (arc flash)
  • 95. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 7 Électricité Industrielle 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
  • 96. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 8 Électricité Industrielle
  • 97. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 9 Électricité Industrielle 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)
  • 98. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 10 Électricité Industrielle 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)
  • 99. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 11 Électricité Industrielle 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)
  • 100. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 12 Électricité Industrielle 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
  • 101. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 13 Électricité Industrielle 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).
  • 102. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 14 Électricité Industrielle 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)
  • 103. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 15 Électricité Industrielle Catégories d’EPI EPI catégorie 0 Énergie inférieure à 2 cal/cm2 EPI catégorie 1 Énergie de 2 cal/cm2 à 4 cal/cm2 EPI catégorie 2 Énergie de 4 cal/cm2 à 8 cal/cm2 EPI catégorie 3 Énergie de 8 cal/cm2 à 25 cal/cm2 EPI catégorie 4 Énergie de 25 cal/cm2 à 40 cal/cm2 * Pour les niveaux d’exposition supérieurs à 40 cal/cm2 aucun EPI ne peut protéger adéquatement – travail à proscrire sur cet équipement.
  • 104. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 16 Électricité Industrielle Équipements de protection individuelle (EPI) EPI 1 EPI (-1) EPI 0
  • 105. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 17 Électricité Industrielle 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 EPI niveau 1 (jusqu’à 4 cal/cm2 ) ƒ Chemise à manches longues et pantalon de catégorie 1 ou combinaison de catégorie 1 Autres EPI : ƒ Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV) ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de l’intervention (choc)
  • 106. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 18 Électricité Industrielle ƒ EPI niveau 2 (jusqu’à 8 cal/cm2 ) 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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV) ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de l’intervention (choc) ƒ Protecteurs auditifs; ƒ Protecteur facial;
  • 107. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 19 Électricité Industrielle EPI NIVEAU 2
  • 108. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 20 Électricité Industrielle ƒ EPI niveau 3 (jusqu’à 25 cal/cm2 ) 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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV) ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de l’intervention (choc) ƒ Cagoule faciale ƒ Protecteurs auditifs
  • 109. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 21 Électricité Industrielle EPI NIVEAU 3
  • 110. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 22 Électricité Industrielle ƒ EPI niveau 4 (jusqu’à 40 cal/cm2 ) 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 Lunettes de sécurité à écrans latéraux et montures non métalliques ƒ Chaussures de sécurité de classe électrique ƒ Casque de sécurité de classe E (20kV) ƒ Gants électriques de classe correspondante au niveau de tension de l’intervention (choc) ƒ Protecteurs auditifs; ƒ Gants de classe risque arc électrique niveau 3 ou …
  • 111. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 23 Électricité Industrielle EPI NIVEAU 4
  • 112. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 24 Électricité Industrielle 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.
  • 113. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 25 Électricité Industrielle Courant de court-circuit ƒ Limité par l’impédance interne équivalente (Zcc), de la source jusqu’au point de défaut
  • 114. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 26 Électricité Industrielle Courant de court-circuit 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
  • 115. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 27 Électricité Industrielle Courant de court-circuit ƒ Modèle monophasé: ƒ Réseau triphasé: cc cc Z E I = φ 1 1 3 3 Z V I LL cc = φ
  • 116. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 28 Électricité Industrielle 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
  • 117. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 29 Électricité Industrielle 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 × × =
  • 118. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 30 Électricité Industrielle 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).
  • 119. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 31 Électricité Industrielle 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
  • 120. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 32 Électricité Industrielle 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
  • 121. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 33 Électricité Industrielle 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
  • 122. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 34 Électricité Industrielle Contribution des moteurs 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
  • 123. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 35 Électricité Industrielle Contribution des moteurs 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 ≈ ' '
  • 124. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 36 Électricité Industrielle 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 = × =
  • 125. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 37 Électricité Industrielle 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)
  • 126. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 38 Électricité Industrielle 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
  • 127. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 39 Électricité Industrielle 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 + = + =
  • 128. 2006-01-17 ELE4458/IGEE408 - © Jean Tessier - BBA 40 Électricité Industrielle 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