PROTECTION CONTRE LES COURANTS DE COURT-CIRCUIT

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1 PROTECTION CONTRE LES COURANTS DE COURT-CIRCUIT PROBLEME TECHNIQUE POSE Le schéma d une distribution électrique comprend toujours : Un réseau Amont Un ou des transformateur HT / BT Des dispositif de protection - Disjoncteur - Ou fusibles Des câbles Des récepteur Les dispositifs de protection sont chargé de protéger : les récepteurs, les câbles et le transformateur contre tout court-circuit qui aurait lieu en AVAL de l'endroit ou il est placé Question : Comment vérifier que l'appareil de protection réalise bien cette fonction? I ) CONDITIONS DE PROTECTION CONTRE LES COURANT DE COURT-CIRCUIT Pour que la protection contre les courants de court-circuit soit assuré, le dispositif de protection (fusibles ou disjoncteur suivant le cas) doit satisfaire à plusieurs conditions détaillées dans le tableau ci-dessous : PROTECTION PAR FUSIBLE Le pouvoir de coupure (PdC) DES FUSIBLES doit être SUPERIEUR ou EGAL au courant de court-circuit triphasé (Icc 3 ) susceptible de ce produire juste en dessous d'eux. (expliquer le courant de CC triphasé) PdC fusible Icc 3 MAX Le (ou les fusibles) doit fondre pour une valeur MINIMUM du courant de court-circuit, c'est à dire pour un défaut franc situé en bout de ligne et dans un temps INFERIEUR à 5 secondes. If 5s Icc 3 MIN If 5s = courant de fusion pour un temps de 5 secondes PROTECTION PAR DISJONCTEUR Le pouvoir de coupure (PdC) D'UN DISJONCTEUR doit être SUPERIEUR ou EGAL au courant de court-circuit triphasé (Icc 3 ) susceptible de ce produire juste en dessous de lui. (expliquer le courant de CC tri) PdC disjoncteur Icc 3 MAX Le disjoncteur doit déclencher pour une valeur MINIMUM du courant de court-circuit, c'est à dire pour un défaut franc situé en bout de ligne. (Expliquer pourquoi le C de CC est plus faible en bout de ligne) I mag Icc 3 MIN I mag = courant de réglage du déclencheur magnétique t(s) Courbe de fusion d'un fusible t(s) Courbe de déclenchement d'un disjoncteur t = 5s t1 t0 Zone de fonctionnement du magnétique Id PdC I(A) t1 Im Id I(A) CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 1 sur 9

2 Pour s'assurer de "l'ouverture" du dispositif de protection en cas de court-circuit, on est donc amené à déterminer pour chaque "branche" de l'installation les courant suivants : Calcul du courant de court-circuit MAXIMAL (Icc 3 MAX) qui permet de déterminer le pouvoir de coupure MINIMUM (PdC) du dispositif de protection Puis calcul du courant de court-circuit MINIMAL (Icc 3 MIN) qui permet de vérifier qu'un court-circuit franc triphasé en bout de ligne provoque bien "l'ouverture" du dispositif de protection Question : Comment déterminer l'intensité présumée de tous ces courants de court-circuit? Il existe 3 méthodes pour déterminer les courants de court-circuit dans une installation. La méthode dites des impédances qui entraîne des calculs. (1 ère partie du cours avec Mr Brizard) La méthode à base, d'abaques ou de graphiques (2 ème partie du cours avec Mr Bonnet) Une méthode qui utilise l'outil informatique tel que le logiciel ECODIAL 3. (3 ème partie en TP).. II ) DETERMINATION DES COURANT DE COURT-CIRCUIT PRESUMES PAR LA METHODE A BASE DE TABLEAUX ET D'ABAQUES 2.1 ) Protection contre le courant de court-circuit maximal (juste en dessous de la protection) La disposition d'un réseau de distribution de moyenne ou base tension peut être généralisée selon le schéma ci-dessous dans lequel on retrouve toujours les éléments suivant : Le réseau amont Un ou des transformateurs HT / BT Des câbles Un ou des disjoncteurs source Un jeu de barres Des disjoncteurs de départ M Des récepteurs A chaque emplacement des dispositifs de protection correspond une valeur MAXIMALE du courant de court-circuit susceptible de ce produire. Dans tout les cas ce courant de court-circuit doit rester INFERIEUR au pouvoir de coupure (PdC) de la protection CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 2 sur 9

3 2.1.1 ) Courants de court-circuit au secondaire d'un transformateur HT / BT La valeur du courant de court-circuit au secondaire d'un transformateur est donnée par des tableaux (voir ci-dessous). Tableau I (transparent) U20 = tension au secondaire à vide Exemple n 2 Récapitulatif Exemple n 2 U20 = 237 V U20 = 410 V Puissance du transformateur en KVA In (A) I CC (A) In (A) I CC (A) En fonction de la puissance du transformateur on peut lire la valeur du courant de court-circuit (Icc) au secondaire d'un transformateur. EXEMPLE n 1 L'usine de la compagnie IBM France installée à Montpellier est alimentée par un transformateur HT / BT de 1600 kva. La puissance de court-circuit du réseau EDF est S = 500 MVA. Quelle doit être le pouvoir de coupure du disjoncteur général placé juste en aval du secondaire du transformateur? 20 KV / 400 V S = 1600 kva DGBT Icc = 35.7 ka A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. On lit que pour une puissance S = 1600 kva et une tension BT de 400 V le Icc est de A On peut estimer que le Icc juste en dessous du DGBT est égal au Icc au secondaire du transformateur Donc le Pouvoir de coupure du DGBT doit être A ) Courants de court-circuit à l'extrémité d'un câble On connaît désormais le courant de court-circuit en tête d'installation (c est le C de CC maximale). Il nous faut maintenant déterminer le courant de court-circuit à l'extrémité d'un câble ( dont on connaît sa NATURE, sa SECTION et sa LONGUEUR ), pour cela on utilise des tableaux simplifiés fournissant le Icc AVAL en fonction du Icc AMONT (voir Page 4 / 8). Icc AMONT Ame en cuivre L Icc AVAL Section Pour une même section et un même matériau le courant de court circuit diminue avec la longueur. CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 3 sur 9

4 Tableau II Récapitulatif Exemple n 2 Récapitulatif Remarques : Si la longueur exacte de votre câble n'est pas dans le tableau il faut choisir : OU Une longueur supérieur Une longueur inférieur Pourquoi : Ainsi le Icc du tableau sera plus élevé que celui susceptible de se produire réellement dans le circuit Si le réseau d'alimentation est en 230 V triphasé (230 V entre phases) : Il faut diviser les longueur du tableau par 3 = CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 4 sur 9

5 EXEMPLE n 2 L'usine HARIBO de Marseille est alimentée par un transformateur HT / BT de 160 KVA. On trouve au secondaire un disjoncteur général suivi d'un câble en cuivre de 120 mm² et d'une longueur de 80 m qui alimente le jeu de barres de distribution. La puissance de court-circuit du réseau EDF est S = 500 MVA. Déterminer le pouvoir de coupure minimum des disjoncteurs de "départ" (Dd1 et Dd2) placés juste en dessous du jeu de barres. 20 KV / 400 V S = 160 kva DGBT Icc = 5.6 ka A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. (Comme dans l exemple n 1) S = 160 kva Icc = 5588 A Icc = 5.6 ka A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au bout du câble de 80 m. (Expliquer la méthode sur transparent) Cuivre Section Longueur de la canalisation Dd1 Dd Icc = 5 ka Icc amont Courant de court-circuit au niveau considéré Icc 7 ka 5 ka Prendre la valeur juste au dessus du Icc calculé Le PdC des disjoncteurs "départ" doit être à 5 KA 2.2 ) Protection contre le courant de court-circuit minimal (en bout de ligne) Dans le cas d'un défaut en bout de ligne, le disjoncteur ou le fusibles placés en amont doit "ouvrir" le circuit pour cette valeur de courant de court-circuit qui est minimal (puisqu il a lieu loin de la source). En utilisant la méthode à base de tableaux et d'abaques (vu précédemment), on ne prend pas en compte le calcul de ce courant de court-circuit minimal. D autres tableaux donnent, en fonction du CALIBRE et du TYPE pour un fusible, du TYPE DE COURBE de déclenchement du disjoncteur, et de la SECTION des conducteur, les LONGUEURS MAXIMALES des câbles triphasés 400 V protégés contre les courts-circuits. Ces tableaux sont donnés Page 8 / 8. Ils ont été établis dans les conditions suivantes : RESEAU TRIPHASE 400 V, SANS NEUTRE ET AVEC CONDUCTEUR EN CUIVRE CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 5 sur 9

6 Lorsque les conditions d'utilisation sont différentes de celles précédemment énoncées (3 400 V en Cu), on applique des facteur de correction ci-dessous. Tableau III Circuit Tension Longueur à multiplier par 3 Ph + N (avec S N = S Ph ) 230 / 400 V K1 = Ph + N (avec S N = 0.5 S Ph ) 230 / 400 V K1 = Ph + N (avec S N = S Ph ) 230 V K1 = Ph + N (avec S N = 0.5 S Ph ) 230 V K1 = Ph 400 V K1 = 0.86 Lorsque les conducteurs sont en aluminium on multiplie (en plus de K1 si il est nécessaire) par un facteur K2. Conducteur en aluminium protégé par un fusible K2 = 0.41 Conducteur en aluminium protégé par un disjoncteur K2 = 0.62 EXEMPLE n 3 On trouve dans l'un des ateliers de l'usine LAFARGE de Marseille un moteur asynchrone triphasé dont le courant nominal est de 61 A. Ce moteur se trouvant à une distance de 50 m est protégé par un disjoncteur de type C. Le réseau est un V + N + T et le câble d'alimentation comporte 5 conducteurs ayant tous une section de 6 mm². Vérifier que le circuit est bien protégé contre les courants de court-circuit minimaux. Conclure. Type C A l'aide du tableau VII, déterminons la longueur maximale protégé par le disjoncteur de type C. 50 m S Ph = S N = 6 mm² Disjoncteur de type C Courant assigné = 63 A Lmax avant correction = 56 m M Ib = 61 A Lmax = 32.5 m Parler des différents type de disjoncteur Mais il faut multiplier cette longueur par 0.58 cars le neutre est distribué (réseau V + N). Conclusion : Lmax après correction = = mm Le circuit n'est pas protégé contre les courts-circuits en bout de ligne. Solutions : On pourrait augmenter la section de câble jusqu'à 10 mm² ( = m), Ou on pourrait prendre un disjoncteur de type B si le récepteur le permet. ( = m) CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 6 sur 9

7 2.3 ) Exercice récapitulatif Une entreprise de La Ciotat est alimenté en basse tension V par un transformateur de puissance apparente de 400 kva. Une partie du schéma de l'installation vous est donnée ci-dessous. Déterminer le pouvoir de coupure minimum des différents disjoncteurs de "départ" (ne pas tenir compte du jeux de barres). Vérifier que le disjoncteurs Dd1 et que les fusibles F1 protègent bien les lignes contre les courts circuits minimaux et conclure. Réseau amont Scc = 500 MVA Lmax = m NON PROTEGE Icc = 13.9 ka Icc = 13.9 ka Ib = 70 A S Ph = S N = 16 mm² L = 80 m Cu Dd1 Type C Récepteur 1 DG1 20 KV / 400 V S = 400 kva Ib = 905 A S Ph = mm² S N = 0.5 S Ph L = 35 m Cu JB2 JB1 Dd2 Lmax = 40 m PROTEGE Ib = 50 A L = 35 m Cu S Ph = 10 mm² Récepteur 2 Icc = 4 ka 3 F1 am Ib = 30 A L = 30 m Cu S Ph = 2.5 mm² A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. S = 400 kva Icc = A Icc = 13.9 ka A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au niveau du Jeu de barres n 1. On trouve un Icc AVAL de 13 ka Icc = 13 ka A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au niveau du Jeu de barres n 2. On trouve un Icc AVAL de 4 ka Icc = 4 ka A l'aide du tableau VII, vérifions que le disjoncteur Dd1 protège bien la ligne contre les courtscircuits minimaux en bout de ligne. Lmax = = m m < 80 m Le circuit n'est pas protégé!!! 1 ère solution : Augmenter la section des câbles à 25 mm² Lmax = = m 2 ème solution : Utiliser un disjoncteur de type B Lmax = = m CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 7 sur 9

8 A l'aide du tableau IV, vérifions que les fusibles F1 protège bien la ligne contre les courts-circuits minimaux en bout de ligne. Lmax = 40 ou 49 m Que l isolant soit du PVC ou du PR, le circuit est protégé CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 8 sur 9

9 TABLEAUX DES LONGUEURS MAXIMALES PROTEGEES CONTRE LES CC (CIRCUIT PROTEGE PAR DES FUSIBLES) TABLEAU IV Fusibles am TABLEAU V Fusibles gi (gg) Section nominale des Courant assigné des coupe-circuits à fusibles am (en ampères) Courant assigné des coupe-circuits à fusibles gl (en ampères) conducteurs (mm²) ,5 55/64 37/45 25/30 15/20 99/113 86/87 40/59 21/29 13/18 7/9 Récap /94 58/68 40/49 26/32 17/ /122 67/84 41/51 25/33 13/20 8/ /95 58/68 42/48 28/33 18/ /119 67/84 46/58 24/32 14/17 7.3/ /117 79/89 55/64 37/42 26/31 14/ /113 55/70 33/41 20/27 10/ /125 80/94 57/69 40/47 27/32 15/ /118 57/70 30/ / /97 59/67 40/ /95 53/ / Lorsque 2 valeurs sont indiquées pour une même section et un même courant assigné, la 1 ère concerne les conducteurs isolés au PCV, la 2 ème concerne les conducteurs isolés au PR ou EPR. TABLEAUX DES LONGUEURS MAXIMALES PROTEGEES CONTRE LES CC (CIRCUIT PROTEGE PAR DES DISJONCTEURS) TABLEAU VI Disjoncteurs courbe type B TABLEAU VII Disjoncteurs courbe type C Section nominale des Courant assigné des disjoncteur type B (en ampères) Section nominale des Courant assigné des disjoncteur type C (en ampères) conducteurs (mm²) conducteurs (mm²) , , , , Ex. n Récap TABLEAU IIX Disjoncteurs d'usage général Section nominale des Courant de fonctionnement instantané I m (en ampères) conducteurs (mm²) , , CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 9 sur 9