Etudier avec Caneco BT un réseau électrique complexe. Cahier technique Caneco

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1 Date de création : 25/10/2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique complexe. Cahier technique Caneco 1 Les fondamentaux des calculs de Caneco BT 1.1 Le calcul fondamental d un circuit dans Caneco BT : Max des IkMax et Min des IkMin Tout circuit calculé dans Caneco BT est calculé dans 2 configurations extrêmes d alimentation électrique : - Une configuration «Max» dans laquelle les impédances du Réseau amont de ce circuit sont minimales. Cette configuration correspond aux plus forts courants maximaux de court-circuit (IkMax). Elle permet de dimensionner ou vérifier les équipements du circuit (dispositif de protection, câble et éventuellement le récepteur) en fonction des conditions les plus défavorables. Il s agit, pour l essentiel de vérifier les règles normatives : o Du pouvoir de coupure Icu du dispositif de protection o Des contraintes thermiques maximales des câbles - Une configuration «Min» dans laquelle les impédances du Réseau amont de ce circuit sont maximales. Cette configuration correspond aux plus faibles courants minimaux de court-circuit (IkMin). Elle permet de dimensionner, vérifier ou régler les équipements du circuit : o o Régler les relais magnétique, court-retard ou instantanés des disjoncteurs Vérifier la contrainte thermique des câbles protégés par fusibles 1.2 Le calcul d un circuit de Caneco BT : synthèse de différentes configurations d alimentation La bonne vérification des conditions normatives des configurations Min et Max garantit que le circuit, soumis éventuellement à d autres configurations intermédiaires, reste conforme dans tous les cas. Le calcul est fait en une seule fois, ce qui simplifie la documentation. Une seule fiche de calcul suffit pour garantir une conformité dans toutes les configurations de fonctionnement de l installation : Ik Max en Amont du circuit (configuration maximale) pour vérification Icu > Ik Max et IkMin en Aval du circuit (configuration maximale ou Cette simplification de la documentation est basée sur les exigences suivantes : - Le courant de court-circuit maximal indiqué dans la fiche de calcul correspond à la configuration «Max» qui génère le plus fort des courants de court-circuit maximaux : Max des Max. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 1/15

2 - Le courant de court-circuit minimal indiqué dans la fiche de calcul correspond à la configuration «Min» qui génère le plus faible des courants de court-circuit minimaux : Min des Min. 2 Les architectures décrites directement dans Caneco BT 2.1 : définition Une «source» est une source constituée de 1 à 6 sources individuelles, identiques et en parallèle. Exemples Caneco BT permet de décrire directement les architectures les plus courantes. 2.2 Modes de fonctionnement d une source Chaque source individuelle d une source (Normale et Secours) peut être active ou non active, indépendamment des autres. Le mode de fonctionnement de la source est définie par la double indication : - nombre maximal de sources fonctionnant simultanément en parallèle - nombre minimal de sources fonctionnant simultanément en parallèle Ces deux informations figurent dans chacune des fiches sources d une étude Caneco BT : Exemple d une installation comprenant 2 transfos de 630kVA en parallèle, avec : - Une configuration minimale de fonctionnement avec un seul transformateur - Une configuration maximale de fonctionnement avec deux transformateurs en parallèle Q1 Q2 Configuration «Min 1» Configuration «Min 2» Configuration «Max» Q1 Q Dans les impressions générées par Caneco BT, la «fiche de calcul» indique ces informations pour les deux sources s : NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 2/15

3 Les courants de court-circuit correspondent à ces fonctionnements extrêmes. Dans l exemple ci-dessus : Ik3 Max = A (calculé avec les 2 transformateurs en parallèle dans l exemple). Ik1 Min = A (calculé avec un seul transformateur). 2.3 Architectures à une source Architecture avec une seule source constituée de n sources individuelles en parallèle (n valant de 1 à 6) Exemple 1 Le nombre de niveaux de l installation n est pas limité. Configurations de fonctionnement L exemple ci-contre peut modéliser deux configurations de fonctionnement : - Une configuration Max avec les 2 transformateurs en parallèle - Une configuration Min avec un seul transformateur NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 3/15

4 2.4 Architectures avec deux sources s, une «Normale», l autre de remplacement, dite «Secours» : Exemple 2 Exemple 3 Normale Circuits secourus ou non Circuits secourus ou non NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 4/15

5 Exemple 4 Exemple 5 Normale Normale de Secours Circuits non secourus Circuits secourus Circuits non secourus Circuits secourus délestables Circuits secourus non délestable Exemple 6 Normale 2.5 Modes de fonctionnement général d une installation à deux sources s La source Secours étant considérée comme de remplacement, le fonctionnement général de l installation implique que lorsque la source Normale est active, la source Secours est inactive, et réciproquement. Le nombre de configurations différentes de fonctionnement est de 4 : - Normale avec le nombre Max de sources en parallèle - Normale avec le nombre Min de sources en parallèle - Secours avec le nombre Max de sources en parallèle - Secours avec le nombre Min de sources en parallèle NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 5/15

6 2.6 Modes d alimentation d un tableau Caneco BT Un tableau peut être alimenté : - soit exclusivement par l une des deux sources s (Normale, Secours), s il ne possède qu une seule de ces deux sources s en amont : NORMAL SECOUR TGBT TGBT Le TGBT est considéré alimenté en «N», Le TGBT est considéré alimenté en «S», qui signifie Normal qui signifie Secours - soit, alternativement, par l une ou par l autre des sources s. Q1 TGBT Q2 Q1 Q2 TGBT 1 0 alimenté par TGBT 0 1 alimenté par S Le TGBT est considéré alimenté en «N ou S» 2.7 Modes d alimentation d un circuit Caneco BT Les circuits issus d un tableau héritent de cette propriété : - cas 1 : Si un tableau n est alimenté que par la «Normale», les circuits qui en sont issus sont considérés comme fonctionnant exclusivement avec cette source. Caneco BT qualifie ce fonctionnement de «mode = N (Normal)». Le calcul est fait dans 2 configurations de fonctionnement : la première avec le nombre Max de sources individuelles «Normal» en parallèle, la seconde avec le nombre Min. «N» «N» - cas 2 : Si un tableau n est alimenté que par la «Secours», les circuits qui en sont issus sont considérés comme fonctionnant exclusivement avec cette source. Caneco BT qualifie ce fonctionnement de «mode = S (Secours)». NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 6/15

7 - cas 3 : Si un tableau peut être alimenté soit par la «Normal», soit par la «Secours», les circuits qui en sont issus peuvent avoir 3 modes de fonctionnement distincts : o 1 alimentation = N ou S (soit Normal, soit Secours)». Il s agit là des circuits qualifiés de «secourus». o 2 alimentation = N. En aucun cas, le circuit ne peut être alimenté par la source Secours. Il s agit-là de circuits «délestés», soit par un circuit de coupure générale placé dans le tableau (par exemple contacteur principal de délestage) soit par une contrainte de délestage propre au circuit lui-même. o 3 alimentation = S. En aucun cas, le circuit ne peut être alimenté par la source Normale. Il s agit-là de circuit activé exclusivement lorsque la Secours fonctionne. «N» «S» Circuits non secourus «N» Circuits secourus ou délestés : «N ou S» (non délestés) ou «N» (délestés) «N ou La distinction est faite ou bien automatiquement (cas 1 et 2) ou bien par saisie manuelle dans la fiche Circuit (cas 3) : Pour chacun des ca, les calculs sont faits avec les configurations Min et Max de chaque source. 2.8 Les sources par «calcul externe» de Caneco BT Deux types de source par «calcul externe» sont proposées dans Caneco BT : - le type de source «BT par Ik» - le type de source «R et X» NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 7/15

8 2.9 Le type de source «BT par Ik» Caneco BT permet d introduire des sources particulières «BT par Ik» dont on connait les caractéristiques de courants de court-circuit extrêmes (IkMax et IkMin). Ik Ceci permet ainsi d étudier des tableaux électriques BT, sans modéliser le ou les circuits qui l alimentent lui-même. Il s agit de méthode approchée, et la validité d un tel calcul peut être discutée, particulièrement dans le cas de l introduction des Ik, dont les caractéristiques vectorielles (tg et cos des Ik) sont inconnues. Elle est néanmoins très pratique et utile, et un calcul approché dans Caneco BT avec l introduction d une source par Ik donne des résultats beaucoup plus précis que l utilisation de la méthode simplifiée décrite dans le guide pratique UTE C Rappelons que cette méthode pratique, très utile lorsque l on ne dispose d aucune information sur les caractéristiques de court-circuit, permet de déterminer approximativement les IkMin et IfMin en considérant que la source amont possède une impédance de 25% celle du circuit lui-même (coefficient de 0,8). Cette méthode ne permet pas de vérifier le pouvoir de coupure des dispositifs de protection, mais elle permet d estimer les longueurs maximales protégées en tenant compte des conditions de protection contre les court-circuits du câble (contrainte thermique maximale) et de protection contre les contacts indirects. En utilisant la méthode «BT par Ik», on dimensionne et le dispositif de protection et le câble. Il s agit d un «calcul complet approché» qui vaut mieux qu un «calcul approximatif partiel». Cette méthode permet en outre de découper des réseaux complexes en différentes sous-études Caneco BT. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 8/15

9 2.10 Exemple d équivalence «BT par Ik» avec une avec 2 transformateurs en parallèle : «originale» de 2 transformateurs en parallèle (dont 1 Min et 2 Max) : équivalente «BT par Ik» : Cette équivalence est facile à mettre en œuvre. Elle consiste à reporter les Ik figurant dans la fiche de résultats de la source «originale» dans la fiche de source équivalente «BT par Ik». NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 9/15

10 2.11 Le type de source «BT par R et X» Caneco BT permet d introduire des sources particulières «BT par R et X» dont on connait les caractéristiques les impédances de boucle extrêmes. L onglet «Complément» de la source permet d introduire les valeurs demandées : R, X Cette méthode n est pas contestable puisque les calculs de courants de court-circuit s appuient exclusivement sur la méthode dite «des impédances» qui utilise en fait ces mêmes valeurs R et X. Mais, l introduction des R et X, reste évidemment peu pratique. Un dispositif a été introduit dans Caneco BT V53 pour en faciliter l usage : le copier-coller d impédances d un tableau vers une source BT par R et X. Le copier est actif dans l onglet «Impédances» de tout tableau d une étude Caneco BT : C est ce dispositif qu il convient d utiliser de préférence pour décrire les architectures complexes de réseau BT. Il permet en effet de découper un réseau complexe en sous-études : - D une part l étude ou les études Caneco BT décrivant les circuits principaux d alimentation dans les différents modes de fonctionnement possibles de l installation complexe. Chacune de ces études des circuits principaux doit décrire correctement la réalité des sources (transfos et alternateurs) avec les dispositifs de modélisation habituels de Caneco BT. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 10/15

11 - D autre part l étude ou les études des tableaux divisionnaires. Ces tableaux divisionnaires doivent être définis comme des sources «BT par R et X» dont les impédances R et X doivent être celles déterminées dans les études des circuits principaux d alimentation. L «art» de la modélisation de ces architectures consiste à bien découper l architecture complexe en plusieurs études séparées. 3 Les architectures non décrites directement dans Caneco BT Certaines architectures complexes ne peuvent pas être modélisées directement dans Caneco BT. Parmi celles-ci, citons : - TGBT alimenté par des transfos en parallèle de puissance différente. - TGBT alimenté par des sources en parallèle de nature différente (transformateurs et alternateurs). - Tableau à plus de 2 arrivées. - Installation dont un tableau peut-être alimenté par 3 sources s différentes, dont aucune n est un ASI. - Configuration «en boucle» Exemple 7 : Installation avec 3 sources s Normale 1 Normale 2 Architecture Architecture secondaire et/ou terminale Exemple 8 : sources en parallèle hétérogènes Exemple 8 A Exemple 8 B Exemple 8 C Transformateurs Liaisons de Transformateur et alternateur de puissance différente longueur différente couplés m 20 m 4 Méthodes générales proposées pour la modélisation des architectures complexes 4.1 Domaine d application : Architectures complexes non décrites directement dans Caneco BT. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 11/15

12 4.2 Méthode par études séparées NOTES TECHNIQUES CANECO BT Description de la méthode : Faire autant d études qu il y a de sources s et étudier dans chacune d entre elles séparément la totalité des circuits alimentés Variante : Faire autant d études qu il y a de de couples de sources s + source Secours, et étudier dans chacune d entre elles, séparément, la totalité des circuits alimentés Méthode pratique conseillée : 1 effectuer un premier calcul dans la configuration considérée comme maximale, depuis l architecture aux circuits terminaux, le cas échéant avec la source minimale (secours en général) 2 remplacer les sources de la configuration maximale par celle considérée comme minimale et calculer les réglages des protections et vérifier les circuits éventuellement forcés pour ne pas modifier les appareils de protection déterminés en 1. 3 modéliser les autres configurations de source et vérifier les circuits forcés jusqu à obtention d un conformité totale des circuits dans toutes les configurations retenues. L installation suivante Normale 1 de Normale 2 NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 12/15

13 Peut être décrite en 2 études : Etude 1 Etude 2 Normale 1 Normale Méthodologie par découpage : Description : découpage en plusieurs affaires-études distinctes. Les principes : limiter le nombre d études Caneco BT au strict minimum. Chaque étude Caneco BT décrivant l architecture doit correspondre à la description d un mode de fonctionnement bien identifié de l architecture complexe et décrire les caractéristiques réelles des sources (types, nombre, impédances). Les études des réseaux secondaires et terminaux doivent faire l objet d une étude par tableau alimenté. Chaque tableau alimenté peut être alimenté au plus par 2 arrivées distinctes. Ils doivent être définis comme des sources «BT par R et X» dont les impédances R et X doivent être celles déterminées dans les études des circuits principaux d alimentation. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 13/15

14 4.4 Exemple de modélisation par découpage d une architecture à 3 sources s : ETUDE ALIMENTATION PRINCIPALE PAR SOURCE 1 OU SECOURS Normale 1 Normale 2 ETUDE TERMINALE L étude se décrit sous forme de 3 affaires Caneco BT : - Affaire 1 : Alimentation par Normale 1 et Secours - Affaire 2 : Alimentation par Normale 2 et Secours - Affaire 3 : Etude terminale Normale 1 + Normale NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 14/15

15 4.5 Méthode de modélisation de sources de nature différente en parallèle Description : Etudier séparément chacune des sources et identifier les R et X correspondants aux tableaux alimentés. Réduire les deux sources en parallèle à une seule source équivalente qui possède ainsi des Ik égaux à la somme vectoriels des Ik des deux sources en parallèle. Pour cela, calculer de façon séparée (hors Caneco BT) chacune des impédances résultantes de celle des sources en parallèle. Créer l étude Caneco BT de l architecture secondaire et terminale à partir d une source BT par R et X. Introduire dans le tableau-source de cette étude Caneco BT, les impédances résultantes Méthode alternative par «source BT par Ik». Etudier séparément chacune des sources et identifier les Ik correspondants. Réduire les deux sources en parallèle à une seule source équivalente BT par Ik. Pour cela, créer l étude Caneco BT de l architecture secondaire et terminale à partir d une source BT par Ik. Introduire dans le tableau-source de cette étude Caneco BT, les Ik correspondants à la somme des Ik de chacune des sources en parallèle Cette méthode de réduction par «source BT par Ik» est particulièrement indiquée pour la mise en parallèle de 2 sources hétérogènes connues par Ik. C est le cas notamment des batteries + redresseur en courant DC. NT ALPI_CBT 058e 2010 Etudier avec Caneco BT un réseau électrique BT complexe_c.doc 15/15

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