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English
Auteur(s)
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Serge THÉOLEYRE : Normalisation et communication technique Transport et distribution Schneider Electric
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Lire l’articleINTRODUCTION
Depuis les centrales de production, l’énergie électrique est acheminée jusqu’aux points de consommation par un réseau électrique formé d’un maillage ou d’une arborescence de liaisons, lignes ou câbles, comme on le voit sur la figure 1.
Il est indispensable de pouvoir couper le courant en tout point du réseau pour des raisons d’exploitation et de maintenance ou pour protéger le réseau lorsqu’il y a un défaut. Il faut également pouvoir le rétablir dans diverses situations normales ou de défaut. Pour cela, on emploie des appareils de déconnexion dont le
choix dépend de la nature des courants à couper et du domaine d’application (tableau A).
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Ces courants peuvent être classés en trois catégories :
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courants de charge, par principe inférieurs ou égaux au courant assigné I r ; le courant assigné I r est la valeur efficace du courant que le matériel doit être capable de supporter indéfiniment dans des conditions prescrites d’emploi et de fonctionnement ;
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courant de surcharge, lorsque le courant dépasse sa valeur assignée ;
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courant de court-circuit, lors d’un défaut sur le réseau, dont la valeur dépend de la puissance de la source, du type de défaut et des impédances amont du circuit.
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De plus, que ce soit à l’ouverture, à la fermeture ou en service continu, tous ces appareils sont soumis à des contraintes :
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diélectriques (tension) ;
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thermiques (courants normaux et courants de défaut) ;
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électrodynamiques (courant de défaut) ;
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mécaniques.
Les contraintes les plus importantes sont liées aux phénomènes transitoires qui interviennent lors des manœuvres et lors des coupures avec arc électrique de courants de défaut. Cet arc a un comportement difficile à prédéterminer malgré les techniques actuelles de modélisation.
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L’expérience, le savoir-faire et l’expérimentation contribuent donc toujours et dans une large mesure à la conception des appareils de coupure. Ces appareils sont dits « électromécaniques » car, aujourd’hui encore, la coupure statique en moyenne et haute tension n’est pas technico-économiquement envisageable. Parmi tous les appareils de déconnexion, les disjoncteurs sont les plus complexes car ils sont capables d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans des conditions normales et anormales (court-circuit).
Dans cet article, nous traiterons donc principalement la coupure du courant alternatif par disjoncteur.
Le domaine de tension considéré est celui de la moyenne tension MT (1 kV à 52 kV), car c’est dans ce niveau de tension qu’il existe le plus grand nombre de techniques de coupure.
L’étude des phénomènes apparaissant lors de la coupure et de la fermeture constitue la première partie de ce document. La deuxième partie présente les quatre types de techniques de coupure actuellement les plus répandues, à savoir les techniques de coupure dans l’air, l’huile, le vide et l’hexafluorure de soufre (SF6).
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Coupure dans l’air
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4. Aspects technologiques fondamentaux
Le choix de la technique de coupure est bien évidemment essentiel dans la conception d’appareils, mais d’autres aspects sont tout aussi importants comme les contacts électriques ou le système d’isolation utilisé.
4.1 Contacts
Les appareils de coupure sont avant tout des appareils de connexion, qui laissent ou non passer le courant selon que les contacts sont ouverts ou fermés.
Ces contacts électriques ont donc un rôle fondamental dans la constitution des appareils et leurs performances, en particulier :
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la résistance de contact, donc les échauffements locaux qui en résultent, doit rester faible et sans évolution notable dans le temps ; elle est due au fait que le courant ne passe que par les quelques points réellement en contact et exempts de couches isolantes ; ils ne représentent qu’une petite fraction de la surface qui est déterminée par la force d’appui, la dureté superficielle du matériau et son niveau d’oxydation ;
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la résistance à l’érosion des contacts qui assurent la coupure, lors de l’apparition de l’arc, conditionne fortement l’endurance électrique ;
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la propension à souder des matériaux peut être déterminante quant au bon fonctionnement des appareils.
Ces aspects, quoique essentiels, ne sont pas développés ici car, hormis pour la coupure dans le vide, ils n’ont que peu d’influence sur la coupure à proprement parler.
HAUT DE PAGE4.2 Tenue diélectrique
Outre l’isolation longitudinale (entre contacts) que doit assurer l’appareil de coupure, celui-ci doit, à l’instar de tous les composants installés sur les réseaux électriques, être capable de supporter les tensions transverses (entre phases ou entre phase et terre) auquel est soumis le réseau.
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Le problème de la tenue diélectrique fait intervenir les aspects liés aux matériaux utilisés pour les supports isolants et au milieu de coupure. Les principales difficultés sont les suivantes :
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la détermination des contraintes diélectriques locales réelles est difficilement accessible ; à ce jour, seules les simulations numériques permettent une optimisation fiable des conceptions malgré...
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Aspects technologiques fondamentaux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RUOSS (E.) & alli - Disjoncteurs à haute tension : phénomènes apparaissant lors de manœuvres et contraintes s’exerçant sur les disjoncteurs. - Revue Brown Boveri tome 66 ; 1979/04.
-
(2) - DUPLAY (C.) - Le processus de coupure avec un disjoncteur Fluarc ou un contacteur Rollarc par arc tournant dans le SF6. - Cahier Technique Schneider n 123 ; 1983/05.
-
(3) - BOUILLIEZ (O.) - La maîtrise des surtensions de manœuvre avec les appareils SF6. - Cahier Technique Schneider n 125 ; 1983/09.
-
(4) - HENNEBERT (J.) - Le processus de coupure avec un disjoncteur SF6 à autocompression, type Fluarc. - Cahier Technique Schneider n 112 ; 1984/11.
-
(5) - JOYEUX-BOUILLON (B.), ROBERT (J.-P.) - Disjoncteurs haute tension : Comparaison des différents modes de coupure. - SEE Paris ; 1985.
-
(6)...
NORMES
-
Coordination de l’isolement (1993-11). - CEI 60071-1 -
-
Coordination de l’isolement (1996-12). - CEI 60071-2 -
-
Interrupteurs à haute tension (1998-01). - CEI 60265-1 -
-
Interrupteurs à haute tension (1988-03) ; amendement 1 (1994-07) ; amendement 2 (1998-08). - CEI 60265-2 -
-
Contacteurs pour courant alternatif haute tension et démarreurs de moteurs à contacteurs - CEI 60470 - (2000-05)
-
Amendement 1 - Spécification commune aux normes de l’appareillage à haute tension. - CEI 60694-am1 - (2000-09)
-
Courants de court-circuit dans les réseaux triphasés à courant alternatif - Partie 1 : Facteurs pour le calcul des courants de court-circuit conformément à la CEI 60909-0 - CEI/TR 60909-1 - (2002-07)
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Matériel électrique...
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