Coordination et protection de la distribution répartie

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1 Technical collection Coordination et protection de la distribution répartie Guide expert basse tension n 1

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3 Sommaire Système de distribution répartie Critères de performance d une distribution électrique Basse Tension répartie Fonctionnalités 6 Niveau A : le transport et la distribution à faible densité de dérivation 6 Niveau B : la distribution à forte densité de dérivation 6 Niveau C : le tableau aval Norme CEI Protection des CEP 9 Protection contre les surcharges 9 Protection contre les courts-circuits par disjoncteur 1 Coordination disjoncteur/canalisation Coordination de la distribution répartie Synthèse des caractéristiques de la distribution répartie 4 Système Schneider Electric de distribution répartie Coordination CEP / disjoncteur 8 Protection d une CEP de transport ou de distribution en aval du TGBT 18 Protection d une CEP de distribution par disjoncteur Compact NSX Exclusivités du système Schneider Electric : la coordination renforcée de la distribution répartie Tableau aval Avantages du système Schneider Electric 22 Protection des CEP 22 Coffret de dérivation 22 Tableau aval Avantages et exclusivités du système Schneider Electric 23 Des tableaux guide de choix des coordinations exhaustifs 23 Des disjoncteurs de performance standard pour tout Icc y 70 ka 23 Une optimisation de l offre coffret de dérivation 23 Tableau de synthèse 24

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5 Système de distribution répartie La conception et la réalisation d une installation de distribution électrique répartie de bâtiment industriel et commercial doit satisfaire 3 besoins essentiels : l évolutivité de l installation dans le temps, la simplicité et enfin la sûreté. Des besoins pleinement satisfaits par la distribution répartie Critères de performance d une distribution électrique Basse Tension répartie Trois critères de performances d une installation de distribution répartie : b évolutivité b simplicité b sûreté. b 1. l'évolutivité de l'installation dans le temps Flexibilité et Adaptabilité sont devenues les maître-mots de toutes les activités commerciales et industrielles. Elles doivent s adapter très rapidement au marché pour : v satisfaire les besoins de leurs clients, v faire face à l évolution accélérée et aux fluctuations de la demande. Ces critères de performance s expriment en terme de : v quantité de biens à produire, de service à fournir... v délai de fabrication en constante diminution, v qualité : le niveau de qualité des produits et des services associés doit être équivalent quels que soient les paramètres influents (délai court, quantité à produire importante...). Ceci implique une adaptation permanente des moyens de production car, après la première mise en service, les cadences de production augmentent, et le process est complété par de nouvelles machines. Très flexible de conception, la distribution électrique répartie répond parfaitement à ces exigences. b 2. la simplicité du système de distribution répartie v simple à concevoir : l étude est possible indépendamment de la répartition de l énergie et de l implantation des récepteurs. Le choix du matériel est prédéterminé et optimisé. v simple à installer : grâce au concept préfabriqué. b 3. la sûreté Une distribution électrique sûre est optimisée pour assurer : v la sécurité des biens et des personnes v la continuité de service (choix du SLT, mise en œuvre des techniques de sélectivité, modifications de l installation à réaliser sans coupure...) v la fiabilité (appareillages fiables, sous ensembles montés en usine...) v la facilité de maintenance (modifications aisées et rapides). La sûreté est aussi garant d une solution économique à l exploitation. La distribution répartie répond pleinement à ces critères. 3

6 Système de distribution répartie Entre le transformateur et les utilisations finales, la distribution est segmentée en 3 niveaux distincts : b niveau A : le transport et la distribution à faible densité de dérivation, b niveau B : la distribution à forte densité de dérivation, b niveau C : le tableau aval. La distribution répartie par Canalisation Electrique Préfabriquée (CEP) répond parfaitement aux exigences de chaque niveau. Elle apporte : b des fonctionnalités souvent spécifiques ; b un grande fiabilité d exploitation en respectant la norme CEI Dans les grands sites Bâtiments > à m 2 Les schémas ci-dessous et ci-après représentent des installations types qui globalisent la majorité des cas rencontrés en pratique. DB

7 Système de distribution répartie Dans les moyens et petits sites Bâtiments < à m² DB Niveau A transport et distribution à faible densité de dérivation. Nota : ne concerne pas les "moyens et petits sites". Niveau B distribution à forte densité de dérivation. Niveau C utilisation de l énergie. 5

8 Système de distribution répartie 1.2. Fonctionnalités CEP dans le transport et la distribution à faible densité de dérivation : b courants d emploi élevés de 1000 A à 5000 A b tenue importante aux court-circuits jusqu à 150 ka b continuité technologique b flexibilité. CEP dans la distribution à forte densité de dérivation : b nombreuses prises de dérivation b flexibilité du positionnement des coffrets b simplicité et sécurité de manipulation. Tableau aval : b ouverture en charge (coupure d urgence) b sectionnement local. Niveau A : le transport et la distribution à faible densité de dérivation b Besoins Ce niveau correspond à l alimentation transfo / TGBT et la distribution principale en aval du TGBT. Les exigences de ce niveau vis à vis des critères de performances (cf p.3) sont résumées dans le tableau ci-dessous : Critères de performance Exigence Commentaire Evolutivité b b Les modifications à ce niveau de l installation sont peu fréquentes mais importantes ; les réimplantations n affectent pas la distribution principale. Simplicité b b b Dès la conception, la puissance est disponible en tout point de l installation. Mise en œuvre facilitée par le concept de préfabrication CEP. Sûreté b continuité de service b b b L ensemble de la distribution est situé en aval. Les interventions s effectuent sous tension. b sécurité b b La sécurité des personnes doit être assurée. Les interventions sont rares et réalisées par des personnes qualifiées. Une grande fiabilité en cas de défaut électrique est exigée. b exigence faible b b exigence moyenne b b b exigence forte b Canalisations Electriques Préfabriquées (CEP) de transport et de distribution faible densité Les canalisations T0 transportent directement l énergie du transformateur HTA/BT au TGBT. Les canalisations T1, en aval du TGBT, transportent et distribuent l énergie aux CEP de distribution faible densité. Celles-ci alimentent les différents ateliers. La mise en œuvre de CEP de transport ou de distribution faible densité apportent une solution simple et adaptée : v les caractéristiques des CEP de transport autorisent des niveaux de courant d emploi de 1000 A à 5000 A et des tenues aux courts-circuits jusqu à 150 ka. v l utilisation d une liaison souple vers les CEP de niveau B assure la continuité technologique et la flexibilité de l installation. v les CEP sont de faible densité de prises de dérivation, car le nombre de départs à alimenter (ateliers, halls) est peu important. v les coffrets de dérivation sont de type fixes ou débrochables sous tension. Niveau B : la distribution à forte densité de dérivation b Besoins En aval des CEP de distribution, 2 types d utilités sont à alimenter : v des ateliers ou des grosses machines (armoire d automatismes). Dans ce cas, les niveaux de court-circuit et d intensité peuvent être encore élevés (respectivement de 20 à 70 ka et jusqu à 800 A) (voir grand site page 4). v des travées ou de petites machines (tableau, coffret d automatismes, circuit d éclairage...). Les niveaux de court-circuit et de puissance sont plus faibles, respectivement de 10 à 40 ka et jusqu à 400 A. 6

9 Système de distribution répartie Les critères de performances sont résumés dans le tableau ci-dessous : Critères de performance Exigence Commentaire Evolutivité b b b Possibilité de modifications importantes. Les points de dérivation (récepteurs) évoluent physiquement et électriquement. Il faut donc avoir : - une distribution à forte densité de prises de dérivation, - une évolutivité sans rupture de continuité de service. Simplicité b b b A la conception et à l installation. Les coffrets de dérivation doivent se positionner n importe où sur la canalisation quel que soit le niveau d Icc. Sûreté b continuité de service b b b Les modifications se réalisent sans coupure. Les coffrets de dérivation sont débrochables et embrochables sous tension. b sécurité b b b Les modifications effectuées sous tension doivent être réalisées en toute sécurité : - protection contre les contacts directs -détrompage pour la bonne mise en place des coffrets de dérivation. - performances du coffret de dérivation équipé de son disjoncteur automatiquement comptabile avec l Icc au point d installation considéré. b exigence faible b b exigence moyenne b b b exigence forte b Canalisations Electriques Préfabriquées (CEP) de distribution à forte densité de dérivation La distribution répartie par CEP répond aux besoins de l exploitant : v forte densité de prises de dérivation. v branchement sous tension en toute sécurité des coffrets de dérivation. v possibilité de positionner les coffrets sur toute la longueur de la CEP. v démontage / remontage / ajout aisés et en toute sécurité des coffrets de dérivation. v protection proche de l utilisateur et ainsi aisément manoeuvrable par ce dernier. Les canalisations répondent à la norme CEI (voir page 9) qui garantit leur qualité et leur fiabilité quelles que soient les modifications de l installation. Niveau C : le tableau aval b Besoins La distribution terminale en aval est souvent solidaire du récepteur. Les exigences vis à vis des critères de performance sont : Critères de performance Exigence Commentaire Evolutivité b b b Les coffrets de dérivation de la Simplicité b b CEP doivent être standards. Les protections doivent être à large plage de réglage. Sûreté b continuité de service b b b Il est fondamental que la protection du (des) récepteur(s) dans l armoire d automatisme soit parfaitement coordonnée avec les protections amont. b sécurité b b b Des personnes et des biens. b exigence faible b b exigence moyenne b b b exigence forte 7

10 Système de distribution répartie b Le tableau aval Il doit répondre à certaines caractéristiques pour conserver au système sa performance, en particulier au niveau de la continuité de service et de la sécurité. L ouverture en charge - nécessaire à la coupure d urgence - et le sectionnement sont des besoins à intégrer au niveau de l interrupteur de tête du coffret. De plus, la manœuvre des appareillages de commande et de protection sont proches de l utilisateur et ainsi aisément manœuvrables par ce dernier. DB DB Norme CEI CEI : ensembles d appareillage basse tension CEI : deuxième partie : règles particulières pour les canalisations préfabriquées. Généralités : Domaine d application : canalisations préfabriquées pour la distribution de puissance et d éclairage. Qualité usine : Garantie constructive qui caractérise le produit. Garantie de la qualité et de la sûreté du produit par une série d essais usine. Cette norme concerne les ensembles d appareillage basse tension. Les canalisations préfabriquées doivent répondre à l ensemble des règles énoncées dans les publications et 2. b Définitions Canalisation préfabriquée : Ensemble d appareillage de série sous la forme d un réseau conducteur concernant, dans un conduit, une gaine ou une enveloppe similaire, des barres qui sont supportées par des matériaux isolants. Cet ensemble peut être constitué : b b b d éléments de canalisation avec ou sans dérivation, d alimentation, de flexibles, d éléments de dérivation. b Canalisations électriques des ensembles Le constructeur doit indiquer les valeurs moyennes pour les différentes phases : R : résistance ohmique moyenne de la canalisation préfabriquée par mètre X : réactance moyenne de la canalisation préfabriquée par mètre Zf : impédance par mètre de longueur de la boucle, y compris le circuit de protection (PE) et la phase donnant l impédance la plus élevée. Protection contre les contacts indirects par coupure automatique de l alimentation au moyen de dispositifs de protection à maximum de courant. 8

11 Système de distribution répartie b Dispositions constructives Les canalisations préfabriquées doivent être conçues comme des ensembles d appareillage à basse tension de série (ES). Selon les indications du constructeur les CEP sont prévues pour supporter des charges mécaniques. Une CEP avec possibilité de dérivation, doit être conçue, pour des raisons de sécurité de façon à empêcher un branchement incorrect des éléments de dérivation. Dans le cas du courant alternatif triphasé, l ordre de succession des phases doit être maintenu sur toute la longueur de la CEP. Les limites d échauffement sont définies sur les enveloppes et les bornes de raccordement. b Prescriptions concernant les essais Les essais de type sont conçus pour vérifier la conformité aux prescriptions exposées pour un type donné de CEP. Les essais de type sont effectués sur un exemplaire de CEP ou sur une pièce de CEP exécutée d après les mêmes plans ou plan semblable. Les essais de type sont constitués par : b La vérification des limites d échauffement, des propriétés diélectriques, de la tenue aux courts-circuits, de la continuité électrique du circuit de protection, des distances d isolement et des lignes de fuite, du fonctionnement mécanique, du degré de protection, de la résistance, de la réactance et de l impédance et de la solidité de la construction. La norme décrit toutes les conditions et dispositions des essais énoncés et si nécessaire les résultats à obtenir Protection des CEP DB Un décalage de 20 % des courants d intervention se traduit par un surcalibrage minimum de 10 % de la canalisation dans le cas de protection par fusible. Elle doit être réalisée conformément aux normes d installation. Protection contre les surcharges La canalisation alimente des récepteurs : le courant total de charge est I T. Les caractéristiques de dimensionnement pour le choix de la CEP et de la protection contre les surcharges sont : b le courant d emploi Ib = k 1 x I T (k 1 coefficient de foisonnement) b le courant nominal de la canalisation Inc > Ib b le courant admissible en fonction de la température Iz = f 1 x Inc (f 1 coefficient de température) b v le coefficient de déclassement k 2 lié au type d appareillage : fusible k 2 = 1,1 disjoncteur k 2 = 1 v Pour permettre les extensions, les canalisations sont généralement protégées pour leur courant nominal Inc (ou pour leur courant admissible Iz en cas d application du coefficient de température f 1 ). Pour prendre en considération la protection contre les surcharges thermiques des canalisations, il est nécessaire de considérer les différentes technologies des appareillages de protection et les courants maximum d intervention des protections en régime de surcharge. Fusible. b Calibrage des asymptotes thermiques v le fusible de distribution est calibré pour intervenir dans le cas de surcharges comprises entre 1,25 et 1,6 fois son courant nominal (In fusible) v le disjoncteur est calibré pour intervenir dans le cas de surcharges comprises entre 1,05 et 1,3 (1,2 pour les disjoncteurs équipés de protection électronique) fois son courant de réglage (Ir fonction du In disjoncteur). 9

12 Système de distribution répartie DB b Courant maximum d intervention. v ce courant est fixé au maximum par les normes d installations (CEI 60364, NFC , ) à 1,45 fois le courant admissible par la canalisation. Exemple pour un courant Ib = 400 A dans une température ambiante de 35 C, v Protection par fusible : Inc = Ib x f 1 x k 2 = 400 x 1 x 1,1 = 440 A Le choix de la canalisation est KSA50 (Inc = 500 A) v Protection par disjoncteur : Inc = Ib x f 1 x k 2 = 400 x 1 x 1 = 400 A Le choix de la canalisation est KSA 40 (Inc = 400A) Disjoncteur. Si les conditions d exploitation sont différentes des conditions nominales d emploi alors le disjoncteur offre une meilleure optimisation de la protection de la canalisation. (ex. : exploitation à des températures ambiantes élevées 45 C/50 C). Réglage des disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques : b protection thermique Ir réglable de 0,4 In à In b protection court-circuit de 2 Ir à 10 Ir b gain de flexibilité et d évolutivité. b Finesse du réglage thermique b le fusible est donné à calibre fixe, le changement d intensité à protéger impose un changement de fusible. L écart entre 2 calibres de fusible est d environ 25 %. Les calibres typiques sont donnés suivant la série de nombres caractéristiques de la série de Renard. Exemple : etc. b le disjoncteur offre une finesse de réglage : v de 5 % pour les disjoncteurs équipés de déclencheurs magnétothermiques classiques, v de 3 % pour des disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques. Exemple : un disjoncteur de calibre nominal 100 A est aisément réglable à des valeurs de Ir = 100 A, 95 A, 90 A, 85 A, 80 A. Exemple : on utilisera un disjoncteur de calibre nominal 100 A réglé à 90 A pour protéger une canalisation KSA10 (Inc = 100 A) qui est utilisée dans une température ambiante de 50 C ( cf. tableau des températures maximales admissibles en fonction de la température d utilisation). b Grande étendue du réglage des disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques Les disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques ont des dynamiques de réglage en : b protection thermique Ir réglable de 0,4 In à In b protection court-circuit de 2 Ir à 10 Ir Exemple: un disjoncteur de 250 A (NSX250N équipé d un Micrologic 2.2) peut être réglé facilement en : b protection thermique de 100 à 250 A b protection court-circuit de 200 à 2500 A DB Exemple des possibilités de réglages Cela permet une grande souplesse vis-à-vis : b des modifications (flexibilité), des extensions (évolutivité) : les protections s adaptent facilement à l utilisation à protéger et au schéma de liaisons à la terre utilisé (protection des biens et des personnes), b de la maintenance : l utilisation de ce type de dispositif réduit considérablement 10

13 Système de distribution répartie DB DB types de caractéristiques déterminent le dimensionnement des CEP : b le courant crête maximum I crête b le courant efficace de courte durée maximum Icw b la contrainte thermique (en A 2 s) CEP directement protégée. Protection contre les courts-circuits par disjoncteur b Caractéristiques intrinsèques des CEP Le dimensionnement des CEP par rapport aux courts-circuits est déterminé par les caractéristiques suivantes : b le courant crête maximum I crête : Cette caractéristique traduit les limites de tenue électrodynamique de la canalisation en instantané. La valeur du courant crête est souvent la caractéristique instantanée la plus contraignante pour la protection. b le courant efficace de courte durée maximum Icw : Cette caractéristique traduit la limite d échauffement admissible des conducteurs pendant un temps donné (de 0,1 à 1s). b la contrainte thermique en A 2 s : Cette caractéristique traduit la tenue en contrainte thermique instantanée de la CEP. En général si le court-circuit génère des conditions de défaut compatibles avec les deux premières caractéristiques, cette contrainte est naturellement satisfaite. Le courant de court-circuit présumé à considérer pour la protection de la CEP est celui qui se situe au niveau de la boîte d alimentation. b Caractéristiques du disjoncteur Le disjoncteur D doit satisfaire aux exigences des normes de construction produits (CEI ,..) et d installation (CEI ou bien celles en vigueur dans les pays), c est-à-dire avoir un pouvoir de coupure Icu (1) supérieur au courant de courtcircuit Icc au point où il est installé. (1) la norme d installation CEI 364 et les normes de construction précisent que le pouvoir de coupure d un disjoncteur est : b le pouvoir de coupure ultime, Icu si celui-ci n est pas coordonné avec une protection amont b le pouvoir de coupure renforcé par filiation, s il y a une coordination avec la protection amont. CEP protégée en aval d un câble. b Applications b 2 cas à considérer : v canalisation directement protégée Icu du disjoncteur u Icc présumé au point A I crête de la CEP u Icc présumé asymétrique ou limité au point A tenue thermique en Icw de la CEP u contrainte thermique traversant la CEP v canalisation protégée en aval d un câble Icu du disjoncteur u Icc présumé au point A I crête de la CEP u Icc présumé asymétrique ou limité au point B, tenue thermique en Icw de la CE u contrainte thermique traversant la CEP Coordination disjoncteur/canalisation DB Valeur du courant de la 1 ère crête en fonction de l Icc efficace. Cette coordination dépend du type de disjoncteur qui protége la canalisation. b Disjoncteur non limiteur ou temporisé Il s agit des disjoncteurs non limiteurs (instantanés ou temporisés) et des disjoncteurs limiteurs temporisés. Ce sont principalement des disjoncteurs de puissance (u 800 A) de type ouvert. Il faut s assurer que la canalisation supporte le courant crête de défaut auquel elle peut être soumise ainsi que la tenue thermique pendant la temporisation éventuelle : b le courant crête admissible I crête de la CEP doit être supérieur à la valeur crête du courant de court-circuit asymétrique Icc asym présumé en A. La valeur du courant de court-circuit asymétrique s obtient à partir de celle du courant de court-circuit symétrique Icc multipliée par un coefficient d asymétrie normalisé (k). C est la valeur première de la 1 ère crête d asymétrie du court-circuit en régime transitoire qui est prise en compte. 11

14 Système de distribution répartie DB Tableau normalisé pour calcul du court-circuit asymétrique Icc : court-circuit présumé symétrique ka (valeur efficace) 4,5 y I y 6 1,5 6 < I y 10 1,7 10 < I y 20 2,0 20 < I y 50 2,1 50 < I 2,2 Coefficient d asymétrie k Exemple : pour un circuit dont le courant de court-circuit présumé est de 50 ka efficace, la 1 ère crête atteint 105 kâ (50 ka x 2.1), voir figure ci-contre. b le courant de court-circuit de courte durée Icw de la CEP doit être supérieur au courant traversant l installation pendant la durée du court-circuit Icc (durée T - temps total de coupure - incluant éventuellement la temporisation -). Exemple : une CEP KTA16 a une caractéristique Icw de 60 ka pendant T = 1 s soit une tenue en contrainte thermique exprimée en A 2 s, égale à 3.6x10 9 A 2 s. Si une de ces relations n est pas vérifiée, la CEP devra être dimensionnée en choisissant un calibre supérieur suffisant. b Disjoncteur limiteur Il s agit principalement de la protection des CEP par des disjoncteurs de type boîtier moulé (u 1250 A). Dans ce cas, on vérifie que la CEP supporte le courant crête limité par la protection et la contrainte thermique correspondante. b Le courant limité (I crête) par le disjoncteur est y au courant crête admissible par la CEP b La contrainte thermique limitée par le disjoncteur est y à la contrainte thermique admissible par la CEP. Vérification de la tenue en I crête de la CEP DB Vérification de la tenue en A 2 s de la CEP DB Régime transitoire et établi d un court-circuit de courte durée. Si une de ces 2 conditions n est pas remplie, il est nécessaire de surdimensionner la CEP. 12

15 Système de distribution répartie Disjoncteur non limiteur ou temporisé Disjoncteur limiteur Tableau de synthèse pour la protection des CEP Caractéristiques du réseau Icc Caractéristiques du disjoncteur / Contraintes de court-circuit Icu u Icc au point A Caractéristiques de la CEP / Contraintes de co urt-circuit (1) I crête Icw pendant T (3) A 2 s Tenue de la CEP Courant de courte Tenue thermique courant crête durée admissible instantanée kâ ka eff x f(t) ka 2 s I crête u Icc x k (2) I crête u I L limité par le disjoncteur Icw u Icc ka 2 s (CEP) u ka 2 s limité par le disjoncteur caractéristiques sans objet ou naturellement vérifiée (1) l Icc du réseau à considérer est celui au point de connexion de la CEP (en A ou en B) (2) k : coefficient d asymétrie (voir page 13) (3) T : temps total de coupure incluant éventuellement la temporisation. DB DB b Le niveau de protection contre les courts-circuits de la canalisation peut être total ou partiel : v protection totale : la canalisation est protégée jusqu au pouvoir de coupure ultime du disjoncteur v protection partielle : la canalisation est protégée jusqu à un niveau de courant de court-circuit élevé (ex. 55 ka) mais inférieur au pouvoir de coupure ultime (Icu) du disjoncteur (ex. Icu = 70 ka) DB DB Disjoncteur non limiteur. Disjoncteur limiteur. 13

16 Système de distribution répartie 1.5. Coordination de la distribution répartie Coordination des protections : La performance d un système est garantie par l homogénéisation de la protection par disjoncteur et de la distribution répartie par CEP. La performance d une distribution répartie est liée aux caractéristiques propres de chacun de ses éléments. L optimisation de cette performance sera obtenue par leur bonne coordination - une bonne coordination est offerte par la conception de type système. Continuité de service et sélectivité. Les chapitres précédents traitent de la protection contre les surchages et les courtscircuits des CEP. Une installation est toujours constituée de plusieurs niveaux de distribution. La continuité de service doit être assurée par la coordination ascendante des protections du récepteur à la source. Cette coordination s appuie sur les techniques de sélectivité. La sélectivité des protections consiste à coordonner les dispositifs de protection automatique pour qu un défaut, survenant en un point quelconque du réseau soit éliminé par le disjoncteur placé immédiatement en amont de celui-ci et par lui seul. La performance d un système de distribution électrique est garantie par l homogénéisation de la protection par disjoncteur et de la distribution répartie par CEP Synthèse des caractéristiques de la distribution répartie Les critères de performances d une installation de distribution électrique répartie de bâtiment industriel et commercial imposent des fonctionnalités dont les caractéristiques sont résumées dans le tableau ci-après. Critères Fonctionnalités correspondantes Niveau A transport et distribution faible densité Evolutivité Nombreuses prises de dérivation v b Niveau B distribution forte densité Simplicité Etude et installation aisée b b v Modification sur site facile v b v Continuité de service Sélectivité des protections b b b Modification sous tension v b Protection facilement réarmable v v b Sécurité Paramètres de défauts maîtrisés (1) b b b Sectionnement et coupure en charge b b b b performance maximale indispensable v performance normale Niveau C tableau aval (1) Maîtrise globale du système - Coordination des protections disjoncteur - Performance intrinsèque des CEP - Protection des biens et des personnes - Conformité aux normes - etc. 14

17 Système Schneider Electric de distribution répartie La distribution électrique répartie répond parfaitement aux exigences d évolutivité, de simplicité, de continuité service et de sécurité. Schneider préconise une approche de type Système pour assurer l ensemble de ces fonctionnalités. Ces solutions sont établies sur la base d une distribution répartie par CEP - protégée par disjoncteurs - qui procure : b b b une simplicité des choix une homogénéité des solutions une rationalisation des composants une garantie constructeur de la coordination du Système. b Les 2 synoptiques ci-après représentent des exemples de système Schneider Electric de distribution répartie protégée par disjoncteur. 15

18 Système Schneider Electric de distribution répartie Dans les grands sites Bâtiments > à m 2 DB DB Exemple : site industriel. 16

19 Système Schneider Electric de distribution répartie Dans les grands sites Bâtiments > à m² DB DB Exemple : supermarché. 17

20 Système Schneider Electric de distribution répartie 2.1. Coordination CEP / disjoncteur Afin de faciliter le choix, Schneider Electric présente directement les résultats de chaque association disjoncteur / CEP sous forme de tableaux. Voir guide Compléments Techniques La démarche vue précédemment, appliquée aux CEP Canalis et aux disjoncteurs Compact NSX et Masterpact, valorise le Système Schneider Electric. Protection d une CEP de transport ou de distribution en aval du TGBT Le schéma ci-contre montre une CEP de transport ou de distribution KTA-16 (1600 A) protégée par un disjoncteur Masterpact M16 temporisé à 0,5 s. b Au point A, en tête de la CEP de distribution KTA-16, l Icc est de 55 ka. On vérifie bien les conditions indiquées page 15 : b pour le Masterpact Icc (65 ka) > Icc (55 ka) au point A de l installation b pour la canalisation : v le courant Icw (66 ka) de tenue pendant 1 s est > au courant de court-circuit Icc (55 ka) pendant T = 0,5 s v la tenue crête I crête (130 kâ) de la canalisation est supérieure au courant crête asymétrique maximum. Le tableau ci-dessous, donne les différentes contraintes et les caractéristiques du disjoncteur et de la canalisation. Caractéristiques du réseau Icc = 55 ka en A Caractéristiques du disjoncteur / Contraintes de court-circuit Icu = 65 ka u 55 ka en A Caractéristiques de la CEP / Contraintes de court-circuit I crête = 130 ka Icw = 66 ka pendant 1s A 2 s Tenue de la CEP Courant de courte Tenue thermique au courant crête durée admissible instantanée kâ ka eff x f(t) ka 2 s Disjoncteur non limiteur 130 ka u 55 ka x 2,2 66 ka u 55 ka pendant 1s caractéristiques sans objet ou naturellement vérifiée DB DB Protection d une CEP de distribution par disjoncteur Compact NSX b Pouvoir de limitation Les disjoncteurs de la gamme Compact NSX sont des disjoncteurs limiteurs à haut pouvoir de limitation. Le pouvoir de limitation d un disjoncteur traduit sa capacité à ne laisser passer sur court-circuit qu un courant limité I L inférieur au courant de court-circuit présumé Icc crête asymétrique. Cela a pour conséquence de réduire très fortement les contraintes électrodynamiques et thermiques au niveau de l installation à protéger. 18

21 Système Schneider Electric de distribution répartie DB b Application du pouvoir de limitation à la protection des CEP Grâce à cette limitation du courant de défaut, le niveau de protection de la CEP est très élevé. Avec des disjoncteurs Compact NSX, une limitation de 10 % (I L / Icc asymétriques) réduit à moins de 1 % l énergie de défaut traversant l installation. L illustration ci-contre montre la protection de la canalisation de distribution KSA40 par un disjoncteur limiteur NSX400 N. Sur ce schéma : b en A, l Icc est de 45 ka L étude des différentes courbes de limitation montre : b en B, l Icc crête limité n est que de 26 kâ (au lieu de près de 84 kâ sans limitation). b l énergie limité en A2s est très inférieure à la tenue thermique instantanée de la CEP. DB Protection d une CEP par un disjoncteur limiteur NSX400N. a. limitation en courant DB b. limitation en énergie Le tableau ci-dessous, donne les différentes contraintes et les caractéristiques du disjoncteur et de la CEP. Caractéristiques du réseau Icc = 45 ka au point A Icc = 40 ka au point B Caractéristiques du disjoncteur / Contraintes de court-circuit Icu = 45 ka u 45 ka au point A Caractéristiques de la CEP / Contraintes de court-circuit (au point B) I crête = 48 ka Icw = 66 ka pendant Ts "A 2 s" = 354 x 106 A 2 s Tenue de la CEP Courant de courte Tenue thermique au courant crête durée admissible instantanée kâ ka eff x f(t) ka 2 s Disjoncteur non limiteur 48 kâ u I L = 28 kâ 354 x 106 u 1,6 x 106 A 2 s caractéristiques sans objet ou naturellement vérifiée Ce tableau montre que la performance en limitation des Compact NSX est essentielle pour réduire les contraintes subies par les canalisations, en particulier la contrainte thermique. 19

22 Système Schneider Electric de distribution répartie La limitation exceptionnelle du courant crête autorise de négliger le contrôle du critère en contrainte thermique des CEP (I 2 t limité << I 2 t de tenue de la CEP). Les courbes de limitation ci-après montrent instantanément les caractéristiques de la coordination. DB DB I limité et Canalis. A 2 s limité et Canalis. On peut ainsi remarquer que la protection est assurée au-delà des Icc maximum rencontrés sur les installations Exclusivités du système Schneider Electric : la coordination renforcée de la distribution répartie Les avantages de la coordination renforcée sont multiples : exclusivités du système Schneider Electric b Possibilité d installer, en aval d une CEP protégée par un Compact NSX, des disjoncteurs de pouvoir de coupure standard, et ce n importe où sur la CEP en dérivation. b Garantie en standard de la sélectivité totale de la distribution. DB Coordination. L avantage induit est la réduction des coûts d installation et d exploitation. La coordination entre un disjoncteur Compact NSX (D1 situé en amont) et un disjoncteur aval (D2) protégeant une CEP, renforce les performances de tenue en Icc de cette CEP. Ce renforcement tient aux performances en limitation et à la technique de coupure des disjoncteurs Schneider Electric. b Rappel : coordination entre 2 protections Lorsque 2 disjoncteurs sont installés en série dans une installation électrique leur comportement en présence d un court-circuit aval est désigné par le terme de coordination (cf. schéma ci-contre). Ce terme recouvre 2 notions : b Ia sélectivité - seul le disjoncteur situé immédiatement en amont du défaut l élimine b Ia filiation - le disjoncteur amont, grâce à son pouvoir de limitation, aide le disjoncteur aval à éliminer le défaut lors de la coupure. Ainsi, suivant le niveau de court-circuit à éliminer, D1 et D2 peuvent être : b sélectifs : D2 seul éliminera les défauts en aval, b en filiation : D1 aidera D2 à éliminer les courts-circuits et dans ce cas le pouvoir de court-circuit de D2 sera renforcé. La mise en œuvre d un disjoncteur D1 amont de type Compact NSX coordonné avec un disjoncteur aval D2 des gammes Merlin Gerin, permet de renforcer simultanément : b le pouvoir de coupure par filiation du disjoncteur D2, b mais aussi le niveau de sélectivité, jusqu au pouvoir de coupure renforcé de l association. La coordination est définie et reconnue par les normes d appareillage (CEI 60947) et d installation (CEI ou normes d installation en vigueur dans le pays). Cette coordination est garantie par calculs ou essais constructeur. 20

23 Système Schneider Electric de distribution répartie DB b Application : protection renforcée de la CEP Cette technique de filiation permet aussi d accroître fortement les caractéristiques de tenue des CEP par rapport au courant de court-circuit présumé. Ci-contre, la canalisation KSA40 est protégée par le disjoncteur NSX400 N (D1). Sur cette canalisation est placée une dérivation KSA16 protégée par un disjoncteur NSX160F (D2). b Sans coordination, le NSX160F seul protège déjà la KSA16 du fait de sa très forte capacité de limitation jusqu à son pouvoir de coupure ultime Icu soit 35 ka. b Mais grâce à la coordination renforcée avec le NSX400N amont, les performances de la coordination deviennent : v un renforcement du pouvoir de coupure du NS160F : il monte à 45 ka, v un renforcement de la sélectivité : du fait des techniques développées dans les gammes Compact NSX, la sélectivité entre les 2 protections est totale, c est à dire jusqu au pouvoir de coupure renforcé de D2 soit 45 ka. v un renforcement de la tenue de la canalisation : la coordination testée de la Canalis KSA16 est renforcée jusqu à l lcc renforcé du NSX160F soit 45 ka. Cette exclusivité du système Schneider Electric permet d accroître : b la fiabilité, grâce à la limitation importante des contraintes thermiques et électrodynamiques du courant de court-circuit b la continuité de service de la distribution électrique, par l augmentation du niveau de sélectivité. Le tableau ci-dessous donne les différentes contraintes et les caractéristiques du disjoncteur et de la CEP en coordination. Protection renforcée d une CEP KSA-16 par un disjoncteur NSX160F coordonné avec un disjoncteur NSX400N. Canalis KSA 16 Protection de la CEP Protégée par D2 limiteur NSX160F Icu = 35 ka Protection de la CEP en coordination Protégé par D2 limiteur NSX160F Icu = 35 ka coordonné en amont avec D1 NSX400N Icu = 45 ka Limite de protection KSA16 Icc = 35 ka Icc = 45 ka Limite de sélectivité jusqu à Icc max. = 35 ka selon protection amont jusqu à Icc max = 45 ka garantie Caractéristiques KSA16 I crête = 22 kâ A 2 s = 20,2 106 Contraintes maximales sur la CEP en cas de courtcircuit Icc = 35 ka I L = 19 kâ A 2 s = 0, Icc = 45 ka I L = 20 kâ A 2 s = 0, Tableau aval Les schémas ci-après optimisent l ensemble des fonctions demandées pour toutes les applications de bâtiments industriels et commerciaux. b Protection : b la protection contre les surintensités du tableau est assurée par le disjoncteur de protection (DD) installé dans le coffret de dérivation b la protection des départs est assurée par les disjoncteurs (DCI) installés au niveau de chaque départ. La continuité de service est optimale au niveau des départs : b grâce à la sélectivité totale renforcée, entre les protections b grâce à l accessibilité et à la remise en service aisée des protections. b Maintenance : L interrupteur en tête de tableau (IS) garantit le sectionnement, donc la sécurité, pour les interventions de maintenance, d entretien ou de modifications éventuelles de l installation. 21

24 Système Schneider Electric de distribution répartie b Ouverture en charge : Cette fonction est réalisée par un interrupteur. L interrupteur de tête permet de mettre hors service l installation en cas de problèmes - soit directement par commande manuelle, soit automatiquement par coup de poing d arrêt d urgence - Cette fonction de sécurité demande une grande fiabilité en cas de défaut sur l installation électrique.. DB DB Avantages du système Schneider Electric DB Canalisations Canalis KSA. b Protection des CEP L emploi de disjoncteurs Schneider Electric offre : b Ia protection surcharge et court-circuit, b une large possibilité de réglage, donc une standardisation de la protection, b la coordination entre les protections et les CEP Canalis Telemecanique : v sélectivité totale : de 1 à 6300 A entre tous les disjoncteurs des gammes Merlin Gerin v filiation : - un renforcement des protections court-circuit des CEP de petite et moyenne puissance. Cela permet de répondre à la totalité des niveaux de court-circuit rencontrés. - une protection des dérivations par des disjoncteurs standards : celle-ci est obtenue quel soit l emplacement du coffret de dérivation sur la CEP Canalis. b l emploi de disjoncteurs standards permet de simplifier les études tout en respectant un haut niveau de sûreté. b la localisation du défaut est rapide et aisée b le réenclenchement ("réarmement") est aisé après élimination du défaut par l exploitant DB Coffret de dérivation. b Coffret de dérivation Les coffrets de dérivation Canalis Schneider Electric répondent aux exigences de l exploitant en terme : b d évolutivité de l installation sans arrêt de production b de continuité de service b de sécurité. Les coffrets de dérivation sont : b b embrochables et débrochables sous tension en toute sécurité par l exploitant conçus pour être installés tous les mètres sur les CEP de distribution. 22

25 Système Schneider Electric de distribution répartie DB Coffret Prisma. DB b Tableau aval Les appareillages de protection Schneider Electric optimisent les fonctionalités du tableau b La coordination des protections amont est assurée et garantie par Schneider Electric : v pour les applications de distribution entre les disjoncteurs Masterpact, Compact C, Compact NSX et disjoncteurs Multi 9 v pour les applications de contrôle industriel entre les disjoncteurs et produits de contrôle industriel (disjoncteur moteur, Integral, ). Les tableaux de coordination sont disponibles dans les catalogues produits correspondants. b Les interrupteurs des gammes Schneider Electric sont conformes à la CEI Ils sont conçus pour assurer la coupure en charge AC23 et le sectionnement. Leur protection est garantie par la coordination avec les disjoncteurs amont. Coffret d'automatisme. DB Interrupteur Avantages et exclusivités du système Schneider Electric La coordination totale du système Schneider Electric garantit et renforce la sécurité des biens et des personnes, la continuité de service, l évolutivité et la simplicité de l installation. La coordination totale se concrétise par : b Des tableaux guide de choix des coordinations exhaustifs b Schneider Electric propose des tableaux de coordination pour un Système de distribution répartie de 1 à 5000 A : v disjoncteurs : Multi 9, Compact NSX, Compact CM, Masterpact de 1 à 6300 A. v CEP Canalis : CEP d éclairage, CEP de distribution de petite, moyenne et forte puissance b Quelle que soit l intensité de court-circuit de l installation, 2 types de tableaux donnent directement les CEP et les disjoncteurs appropriés v l un pour assurer la coordination (protection) de la CEP, v l autre pour assurer la filiation, la sélectivité renforcée et la coordination renforcée de la CEP.. b Des disjoncteurs de performance standard pour tout Icc y 70 ka Les coffrets de dérivations des CEP sont équipés de disjoncteurs standards Compact NS. Ils peuvent être installés en tous points de la CEP b Une optimisation de l offre coffret de dérivation Les larges plages de réglage des disjoncteurs équipés de déclencheurs électroniques b en protection thermique, Ir réglable de 0,4 à In, b en protection court-circuit, Im réglable de 2 à 10 Ir, permettent d optimiser les stocks de coffrets de dérivation nécessaires à la maintenance et aux extensions. Cette caractéristique contribue à renforcer les caractéristiques naturelles de flexibilité et d évolutivité des CEP.. 23

26 Système Schneider Electric de distribution répartie b Tableau de synthèse Critères Fonctionnalités correspondantes Niveau A transport et distribution à faible densité de dérivation évolutivité une prise de dérivation tous les mètres CEP Niveau B distribution à faible densité de dérivation Niveau C tableau aval large plage de réglage des protections Disj Disj installation aisée CEP CEP disjoncteurs de performances standard pour tout Icc 70 ka Disj Disj simplicité tableau guide de choix des coordinations exhaustif CEP, Disj CEP, Disj CEP, Disj optimisation de l offre coffret de dérivation Disj Disj facilité et rapidité d installation des CEP CEP CEP modification aisée de l installation CEP CEP largeur de gamme des coffrets de protection CEP CEP continuité de service sélectivité totale des protections des CEP CEP, Disj CEP, Disj sélectivité totale des protections quelle que soit les gammes de disjoncteurs Merlin Gerin et Telemecanique (*) Disj modification sans arrêt de production CEP CEP sécurité des biens et des personnes protection facilement réarmable Disj Disj Disj système coordonné de 40 A à 5000 A filiation et coordination totale des protections CEP, Disj CEP, Disj CEP, Disj sectionnement et coupure en charge coordonnée avec les protections amont Disj Disj Disj protections testables Disj Disj Disj coffrets de dérivation détrompés CEP CEP : avantage exclusif du système Schneider Electric CEP : performance due aux CEP Canalis Disj : performance due aux disjoncteurs Schneider Electric CEP, Disj : performance due à la coordination des CEP Canalis et des disjoncteurs (1) Notamment grâce à : b un Système coordonné de 40 à 5000 A b la filiation et la coordination totale des protections 24

27

28 Schneider Electric Industries SAS 35, rue Joseph Monier CS F Rueil Malmaison Cedex RCS Nanterre Capital social En raison de l évolution des normes et du matériel, les caractéristiques indiquées par les textes et les images de ce document ne nous engagent qu après confirmation par nos services. Ce document a été imprimé sur du papier écologique. Création, réalisation : Schneider Electric Photos : Schneider Electric Impression : Schneider Electric - Tous droits réservés DBTP118FR

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