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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 le SF6
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7. Coupure dans le vide
Les propriétés diélectriques du vide sont connues depuis longtemps et ont été utilisées, par exemple, pour les ampoules à vide des tubes à rayons X. L’utilisation du vide dans l’appareillage de coupure a été envisagée dès 1920, mais, à cause de contingences technologiques, n’a été effective au niveau industriel que depuis 1960. Depuis les années 70, la technique du vide s’est développée du fait des avantages qu’elle apporte par rapport à l’huile ou l’air :
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encombrement réduit ;
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meilleure sécurité ;
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plus grande endurance.
7.1 Propriétés diélectriques du vide
En principe, le vide est un milieu diélectrique idéal : il n’y a pas de matière, donc pas de conduction électrique. Cependant, le vide n’est jamais parfait et de toute façon a une limite de tenue diélectrique. Malgré tout, le « vide » réel a des performances spectaculaires : à la pression de 10−6 bar, la rigidité diélectrique en champ homogène peut atteindre une valeur crête de 200 kV pour une distance inter-électrodes de 12 mm.
Le mécanisme à l’origine de la rupture diélectrique dans le vide est lié aux phénomènes d’émission électronique froide, sans effet d’avalanche par ionisation. C’est pourquoi la tenue diélectrique ne dépend pratiquement plus de la pression dès que celle-ci est inférieure à 10−6 bar. Elle dépend alors de la nature des matériaux, de la forme des électrodes (en particulier de la présence d’aspérités) et de la distance inter-électrodes.
L’allure de la courbe donnant la tension de claquage en fonction de la distance intercontacts (figure 18) montre pourquoi le domaine d’application du vide reste limité en tension. En effet, les distances nécessaires pour la tenue diélectrique augmentent très vite dès que la tension dépasse 30 à 50 kV, ce qui entraîne des coûts prohibitifs par rapport aux autres technologies. De plus il y a émission de rayons X quand la tension s’élève.
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Coupure dans le vide
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.
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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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