Mt Partner b33 Choix Fusibles Pr Protection Transformateurs

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Choix des fusibles pour la protection des transformateurs

CE QUIL FAUT RETENIRGnralement, il suffit de respecter les tableaux de choix. Dans le cas hors tableaux de choix, nous devons avoir notre disposition les caractristiques :s du s de s et

PAS DE PANIQUE, JASSURE UN MAX !

transformateur, lappareil de coupure,

des fusibles envisags.

En application, nous traitons le cas du SM6.

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5 4s Merlin Gerin s Square D s Telemecanique

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Choix des fusibles pour la protection des transformateurs

Les fusibles moyenne tension utiliss dans les postes MT/BT sont coordonns avec la puissance du transformateur. Leur caractristique temps/courant est dtermine de faon protger les rseaux de distribution moyenne tension contre les avaries survenant au transformateur et contre les dfauts basse tension situs en amont de la protection BT. Les fusibles peuvent tre simplement associs linterrupteur-sectionneur ou bien quips de percuteurs pour assurer aprs le fonctionnement du fusible, louverture automatique de linterrupteur et empchant ainsi la marche en biphas ou monophas. Dans la cellule protection transformateur, la combinaison interrupteurfusibles peut tre ventuellement remplace par un disjoncteur.

1 - RGLES DE CHOIX DES FUSIBLES

Pour choisir les fusibles, il suffit gnralement de respecter les tableaux de choix de la cellule (exemple du SM6 page 11).Le calibre des fusibles est dtermin pour une temprature ambiante qui ne dpasse pas 40 C en valeur maximale et 35 C en valeur moyenne journalire. Si ces valeurs sont dpasses, le fusible doit tre surcalibr pour viter un chauffement pouvant entraner sa destruction. Dans le cas hors tableau de choix standard, les rgles ou critres tablis doivent tre respects pour le choix du calibre du fusible suivant le type du transformateur protger et de lenvironnement du fusible (combinaison interrupteur-fusibles).

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2 - RAPPEL DE QUELQUES DFINITIONS

CARACTRISTIQUES DU RSEAUTension assigne Ur Cest la tension entre phases (en kV) la plus leve du rseau, sur laquelle est install le fusible Courant de court-circuit Ik Cest le courant maximal en cas de court-circuit triphas sur le rseau

LE TRANSFORMATEUR EST DFINI PAR :s puissance P en kVA, s tension de court-circuit Ucc %, s tension de service Us en kV, s fonctionnement avec ou sans surcharge.

Nous noterons :Irt le courant assign en service continu (courant nominal) P Irt = Us 3 Uk(%) la tension de court-circuit Cest la tension dalimentation sous laquelle le courant de court-circuit est gal Irt, exprime en % de la tension assigne. Ikle courant de court-circuit Le courant correspondant un court-circuit franc aux bornes secondaires du transformateur. Irt x 100 Ik = Uk % Ie le courant denclenchement Ie = valeur de crte du courant en rgime transitoire de courant magntisant la mise sous tension du transformateur. X le rapport Ie/Irt t0 la constante de temps Cest la constante de temps damortissement du rgime transitoire la mise sous tension.

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2 - RAPPEL DE QUELQUES DFINITIONS(suite)

LE FUSIBLE EST DFINI PAR :le courant assign Irf Cest la valeur du courant que le fusible peut supporter en permanence sans chauffement anormal.s

le courant minimal de coupure I3 Cest la valeur minimale du courant qui provoque la fusion et la coupure du fusible. I3 est la limite infrieure de la zone de courant dans laquelle le fusible est capable de couper. Les valeurs de I3 sont gnralement comprises entre 3 et 6 Inf (4,5 Inf selon la norme UTE 64-210).s

Remarque : il ne suffit pas pour un fusible moyenne tension, de fondre pour interrompre le passage du courant. Pour des valeurs de courant infrieures I3, le fusible fond, mais peut ne pas couper. Larc reste maintenu, dtruisant le fusible et son environnement. Il est donc impratif dviter la sollicitation dun fusible dans la zone comprise entre Irf et I3.s les caractristiques temps/courant de la gamme de fusibles utiliss Suivant documentation fournisseur (voir exemple gamme Fusarc CF Merlin Gerin page 12).

le pouvoir de coupure en court-circuit I1 Cest le courant prsum maximal que le fusible peut interrompre. Cest la valeur maximale dessai du fusible. Ce courant est trs lev : de 20 kA 63 kA.s

la rsistance froid du fusible Rf Fournie par le constructeur du fusible.s

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3 - CHOIX DES FUSIBLES POUR LA PROTECTION DES TRANSFORMATEURS

LA DTERMINATION DU FUSIBLE SE FERA EN RESPECTANT LES CONDITIONS SUIVANTES :

La tension assigne du fusible Urf (en kV) doit tre suprieure ou gale la tension du rseau.Urf > Ur Elle doit respecter les limites de tension de service donnes par le constructeur du fusible (un fusible de tension assigne trop leve donnera en cas de fusion des surtensions excessives sur le rseau).

Le pouvoir de coupure en court-circuit du fusible I1 (en kA) doit tre suprieur ou gal au courant de court-circuit Ikr du rseau.I1 Ikr

Le courant de dfaut au secondaire du transformateur interrompre doit tre suprieur ou gal I3.Ik 3

La rsistance froid du fusible doit tre affecte dun coefficient pour tenir compte de son installation en cellule.Pour tenir compte de laugmentation de la rsistance du fusible lorsquil chauffe et de linstallation des fusibles en cellule SM6 (temprature de lair plus leve), la rsistance froid du fusible est affecte dun coefficient prenant en compte les caractristiques de la cellule (volume,). P = 1,9 Rf x Irt2 Rf = rsistance froid du fusible. 1,9 = coefficient obtenu aprs essais. Puissance maximale ne pas dpasser par le fusible : s 100 W, si la temprature ambiante < 40 C s 80 W, si la temprature ambiante 40 C < < 55 C

Les conditions dexploitation doivent tre prises en compte.s les surcharges brves Pour tenir compte des surcharges de brve dure du transformateur, on affecte le courant nominal du transformateur dun coefficient.

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Irf 1,4Irt s les surcharges permanentes En cas de surcharge permanente, la valeur du calibre du fusible doit tre majore. Si le transformateur est prvu pour fonctionner avec une surcharge permanente, cest--dire, pendant plusieurs heures, la valeur du calibre du fusible doit tre suprieure ou gale 1,3 Isurcharge On choisit : Irf 1,3Isurchargepage 5

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3 - CHOIX DES FUSIBLES POUR LA PROTECTION DES TRANSFORMATEURS(suite)

s le courant transitoire denclenchement La mise sous tension dun transformateur se traduit toujours par un rgime transitoire plus ou moins important suivant linstant dapplication de la tension et linduction rmanente du circuit magntique. Lasymtrie et la valeur du courant sont maximales lorsque ltablissement a lieu un zro de tension et lorsque linduction rmanente sur la phase est maximale. Il est donc ncessaire pour le choix du fusible de connatre la valeur efficace du courant dappel et sa dure.

En pratique, il existe une rgle simple tenant compte de ces contraintes et permettant dviter le vieillissement prmatur des fusibles. Cette rgle consiste vrifier sur la courbe de fusion-fusible que le courant maximal qui fait fondre le fusible pour un temps T correspondant la constante de temps du transformateur est toujours suprieur au courant denclenchement du transformateur. Imin. fusion-fusible > X x Irt Ie X = Irt - X et T sont donns dans le tableau des caractristiques du transformateur fourni par le fabricant. - Si on ne connat pas la caractristique transitoire du transformateur, une rgle empirique consiste vrifier que le courant de fusion 0,15 s est suprieur X x Ir avec : X = 12 pour les transformateurs de faible puissance. X = 10 pour les transformateurs puissance > 1000 kVA Exemple daprs la documentation France Transfo : T constante de temps des transformateurs X = Ienclenchement / Irt et Ucc % dun transformateur en fonction de sa puissance P.P T X 25 0,1 15 50 0,1 14 4 100 0,15 14 4 125 0,2 12 4 160 0,2 12 4 200 0,22 12 4 250 0,22 12 4 315 0,25 12 4 400 0,25 12 4 500 0,3 11 4 630 0,3 11 4 800 0,3 10 6 1000 0,35 10 6 1250 0,35 9 6 1600 0,4 9 6 2000 0,45 8 6 2500 0,45 8 6

Ucc % 4

Ie /I r

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courant dappel dun transformateur de 1 000 kVA page 6

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4 - CARACTRISTIQUES DES FUSIBLES SUIVANT LE TYPE DE CELLULE

INTERRUPTEUR + FUSIBLES ASSOCIS SONT EN SRIE ET AGISSENT INDPENDAMMENT (EX. CELLULE PM)Linterrupteur coupe son courant nominal dans les conditions normales dexploitation (100 coupures Cos = 0,7). Les fusibles protgent contre le court-circuit. Les fusibles ne sont pas quips de percuteur, il ny a donc pas de dclenchement de linterrupteur sur fusion fusible.

COMBINS INTERRUPTEUR + FUSIBLES (EX. CELLULES QM, QMB, QMC)Les actions de linterrupteur et des fusibles sont lies. La fusion des fusibles quips de percuteur provoque louverture de linterrupteur du combin interdisant la marche en monophas ou en biphas. Linterrupteur possde un pouvoir de coupure sur courant de dfaut. Il peut tre sollicit par des bobines douverture sur dfauts internes du transformateur (relais DGPT, Buccholz) ou par des relais indirects aliments par des transformateurs de courant ou des tores pour la protection contre les surcharges (cellule QMC). Le choix du calibre des fusibles doit rpondre aux exigences des normes CEI 60 282-1 et CEI 62 271-105 Types de fusibles : Fusarc CF ou Solfuse avec percuteur ou dautres marques. Percuteur de type moyen : nergie minimum de dclenchement fusion fusible = 0,5 J.

Le choix des fusibles dans les combins interrupteur-fusibles dpend du courant de transition I40 et du courant de c/c vu du primaire.La norme CEI 62 271-105 dfinit les conditions qui permettent de garantir la coordination des performances du fusible et de linterrupteur du combin.s le courant de transition dun combin dpend la fois de la caractristique temps/courant des fusibles et de la dure douverture de linterrupteur.

Cette ouverture est provoque par les fusibles prs du point de transition lors dun dfaut triphas. Le fusible le plus rapide fond, coupant ainsi la premire phase, puis son percuteur donne lordre douverture linterrupteur. Les deux autres phases voient alors un courant rduit (87 %) qui sera interrompu, soit par linterrupteur soit par les deux derniers fusibles. Le point de transition est obtenu lorsque louverture de linterrupteur et la fusion de ces deux derniers fusibles se produisent simultanment. Cest ici que linterrupteur prend la relve des fusibles, ce qui dfinit son pouvoir de coupure minimal ncessaire.date

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4 - CARACTRISTIQUES DES FUSIBLES SUIVANT LE TYPE DE CELLULE(suite)

Dun point de vue pratique, le courant de transition est dtermin en portant sur la caractristique minimale temps/courant (sur la base dune tolrance sur le courant de - 6,5 %) du fusible, un temps gal 0,9 fois la dure douverture de linterrupteur provoque par les fusibles.t (s) caractristique temps courant minimal (- 6,5 %) point de transition 0,9 x dure douverture de linterrupteur provoque par les fusibles (0,04 s pour le SM6, 0,06 pour le RM6) fusion des 2 autres fusibles et coupure par linterrupteur

I40 percuteur fusible donne lordre douverture de linterrupteur

I4ass

I (A)

dfaut triphas dtect par le premier fusible

Le courant associ au point de transition est le courant triphas de transition (I40) Ce courant ne doit pas tre suprieur au courant de transition assign qui est le courant triphas annonc par le constructeur du combin et vrifi lors de la srie dessais 4. I40 < I4ass Le courant de transition assign (I4ass) correspond au pouvoir de coupure (P de C) de linterrupteur (voir page 9).

EN RSUM, LES COURANTS SE RPARTISSENT DE LA FAON SUIVANTE DANS LES DIFFRENTS COMPOSANTS DE LINSTALLATION :combin interrupteur cellule SM6 PM ou QM fusible I4ass MT I1 Irf I3 transformateur MT/BT fusible BT charge Z Iccr IIrt Ie Ik Ir

P de C P de C I4ass

I1 Ik I40 Imini Fu Ie I3 courant min. de coupure

interrupteur

Irf

transformateur

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pour le courant Ie dont la valeur est donne en crte.

Remarque : les valeurs des courants sont donnes en efficace saufpage 8

fusible

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Irt

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4 - CARACTRISTIQUES DES FUSIBLES SUIVANT LE TYPE DE CELLULE(suite)

POUVOIR DE COUPURE DE LINTERRUPTEUR DU SM6 EN FONCTION DE LA TENSION DE SERVICE (dans les conditions du courant de transition).I4ass = P de CPouvoir de coupure = P de C (A) 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 0 5 10 15 20 25

I4ass 15 kV

Us (kV)

COURANT DE TRANSITION DU COMBIN I40Le courant de transition du combin doit tre infrieur au dfaut vu du primaire lors dun court-circuit franc aux bornes secondaires dun transformateur. Lors dun court-circuit franc aux bornes secondaires dun transformateur, le dfaut entrane des valeurs de Tension Transitoire de Rtablissement leves vis--vis desquelles linterrupteur pourrait ne pas tre capable de faire face. Les fusibles, de ce fait, doivent tre choisis de telle sorte quils liminent seuls un tel dfaut sans faire intervenir linterrupteur. En pratique, cette condition oblige sassurer que le courant de transition du combin, dtermin selon la mthode de calcul du courant de transition (CEI 62 271-105 paragraphe 8.102-3 est infrieur au courant vu du primaire. I40 < Ik

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5 - EXEMPLES DAPPLICATION

VRIFIONS QUE LE FUSIBLE 31,5 A CONVIENT POUR LA PROTECTION DUN TRANSFORMATEUR 20 KV/630 KVAs dtermination des caractristiques du transformateur Ie = 198 A Ik = 450 A Irt = 18 A s dtermination des caractristiques du fusible Irf > 1,4 Irt (voir page 5) donc Irf > 18 x 1,4 = 25,2 A donc Inf retenu est 31,5 A Page 6, nous trouvons que pour un transformateur de 630 kVA, T = 0,3 s Sur la courbe de fusion (voir page 12), pour 0,3 s sur la courbe 31,5 A, nous trouvons I z 160 A < Ie, donc ce fusible ne convient pas. Prenons Irf = 40 A, I z 210 A > Ie, donc le fusible 40 A convient. I40 est dtermin sur la courbe page 12 pour 0,036 s (0,9 x temps de coupure de linterrupteur ; 0,04 pour SM6 ; 0,06 pour RM6). I3 = 135 A I1 = 40 kA I40 = 360 A

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5 - EXEMPLES DAPPLICATION (suite)transfo fusible interrupteur 315 kVA 630 kVA 630 kVA Fusarc CF Fusarc CF Fusarc CF 9A 18 A 18 A 25 A 31,5 A 40 A Irt Irf

Nous voyons sur le tableau ci-dessous que ces valeurs se positionnent correctement.

Ie I3 41 A 101 A 135 A 108 A 198 A 198 A Iminifufu 130 A 160 A 210 A I40

Ik I1 I40ass 210 A N O N 360 A 230 A 450 A 40 kA 40 kA C O N F O R M E

630 3 20Nous trouvons page 8 de la fiche technique AC0479 sur les fusibles pour Irf = 40 A I3 = 135 et L = 442 mm

Ie = X Irt X = 11 (voir page 6)Voir pages 8 et 11

Ir t 100 4(voir page 3) Voir doc fusibles

}

Tableau de choix pour le SM6 Calibre en A. Utilisation sans surcharge - 5 C < < 40 C En cas de surcharge ou au-del de 40 C, nous consulter.tension assigne 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 (kV)

type de fusible

tension puissance du transformateur (kVA) de service (kV) 25 50 100 125 160 200

normes UTE NFC : 13.100, 64.210 Solfuse 5,5 10 15 20 Solfuse 3,3 5,5 6,6 10 13,8 15 20 22 Fusarc CF 3,3 5,5 6,6 10 13,8 15 20 22date

6,3 6,3 6,3 6,3

16 6,3 6,3 6,3

31,5 31,5 63 16 16 6,3 16 16 6,3 16 16

63 16 16

63 16 16

63 43 16

63 63 43 43 63 43 43 63 43 43 43 43 63 43 63

7,2 24

31,5 31,5 31,5 63

cas gnral, norme UTE NFC : 13.200 16 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 16 10 10 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 16 16 16 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 25 16 16 10 10 10 6,3 6,3 31,5 31,5 31,5 63 16 16 16 6,3 16 6,3 6,3 40 25 16 16 10 10 10 31,5 31,5 63 16 16 16 16 6,3 6,3 50 16 16 16 16 16 50 63 63 100 63 43 100 80 63 80 80 43 100 100 63 125 125 80 63 43 125 80 63 63 43 100 80 80 63 63 63 7,2 160 125 100 80 80 50 50 24 12 17,5 7,2

31,5 31,5 43 16 16 16 16 80 50 50 25 20 16 16 16 16 16 16 80 50 50

31,5 31,5 31,5 43

31,5 31,5 31,5 43 31,5 31,5 31,5 43 16 16 100 63 63 50 16 125 80 80 50

31,5 31,5 31,5 43

31,5 31,5 31,5 43

125 200 200100 80 63 50 50 125 100 80 50 50 40 125 125 80 63 63 50 40

31,5 31,5 40 31,5 40 20 16 16 10 10 25 20 16 16 10

160160 100 80 80 63 50

31,5 40 25 25 20

31,5 31,5 40 31,5 40 25 25 25

125 200 100 125 125 100 125 12580 80 100 80 100

12 17.5

31,5 40

125 24

31,5 40

en gras fusibles fabriqus par SIBA

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5 - EXEMPLES DAPPLICATION (suite)T (s)10 8 6 44

Caractristique temps/courant dun fusible de la gamme Fusarc CF (Merlin Gerin)

6,3 A

10 A 16 A 20 A 25 A

31,5 A

40 A 50 A 63 A 80 A

2 10 8 6 4 2 10 8 6 4 2 10 8 6 4 2 10 8 6 4 2 0,3 10 8 6 4 0,036 2 10 8 6 4 21 -2 -1 0 1 2 3

date

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04/200

100 A

160 210 10 2 4 6 8 102

I (A)6 8 103

2

4 I40 = 360

2

4

6

8 10

4

Ce sont des courbes moyennes, la tolrance sur le courant I est de 10 % page 12

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6 - PLAQUE INDICATRICE

PLAQUE SIGNALTIQUE FUSIBLES EN FACE AVANT DE LA CELLULE (QM)En rfrence la norme CEI 62 271-105, il doit tre indiqu sur la plaque de caractristiques : s la marque, s le type de fusible, s le courant nominal maximal, s le type de percuteur, s la rfrence la norme.Fusibles voir tableau de choix IEC 62 271-105 :2002 92 39 002 u

}

paramtres figs

} paramtre volutif

Remarque : si un client nutilise pas les fusibles prconiss dans lestableaux de choix tablis par le service technique, celui-ci devra sassurer que les fusibles installs sont compatibles avec les exigences de la CEI 62 271-105, les performances de linterrupteur SM6 et lenvironnementde la cellule (puissance dissipe).

7 - CONSIGNES DE SCURIT

CONSIGNES DE SCURIT EN CAS DE REMPLACEMENT DE FUSIBLES SUR SITEDans le cas de dfaut en aval de linterrupteur, on constate en gnral que 1 ou 2 fusibles fondent, le troisime tant apparemment intact. Les caractristiques de ce fusible sont modifies au cours du dfaut car il a pu subir un courant suffisant pour le dgrader sans faire fondre la totalit des rubans (la partie active du fusible est constitue de plusieurs rubans en parallle).

Il est donc ncessaire, en cas de dfaut aval limin par la cellule protection, de changer les trois fusibles et de les dtruire immdiatement pour viter toute utilisation ultrieure.SI VOUS AVEZ UN DOUTE Demandez conseil au Service Technique du DAS MT.

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8 - BIBLIOGRAPHIE

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UTE C13-200 (Avril 1987) Installations lectriques haute tension : rgles

CEI 60 288-1 (Janvier 2002) Fusibles limiteurs de courant.s CEI 62 271-105 (Aot 2002) Combins interrupteurs-fusibles haute tension pour courant alternatif. s CEI 60 787 (1983) Guide dapplication pour le choix des lments de remplacement de fusibles haute tension destins tre utiliss dans des circuits comprenant des transformateurs.

PUBLICATIONSCahier technique Merlin Gerin n 155 Les rseaux de distribution publique MT dans le monde de Christian Puret (ENSERG).s s Cahier technique Merlin Gerin n 128 Conception et utilisation de fusibles limiteurs MT dOlivier Bouilliez (Centrale Lyon). s Cahier technique Merlin Gerin n 70 Guide dutilisation des transformateurs de distribution de Guy Bournerie (ENSIEG). s Catalogue Merlin Gerin Distribution HTA ensembles prfabriqus gamme SM6.

Catalogue Merlin Gerin MV distribution switchgear fuses Fusarc Solfuse.s s Brochures fusibles MT Driescher, Wickmann, Siba, Mesa, Siemens, Alsthom.

Revue gnrale dlectricit (Juin 88 p. 3-11) Des condensateurs pour tenir la tension et rduire les pertes dans les rseaux EDF.s s Asea Revue 1984 n 3 p. 14-19 Coupe-circuit intrieur pour une plus grande protection. s IEEE power apparat. & syst. (trans.) Juillet 82 p. 2056-60 Characteristics of high-voltage current-limiting fuses for distribution systems.

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s s s

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Journal des lectriciens (Juillet/Aot 90 p. 28-30) Dparts moteurs. Exploitation cellules VM6 (J. Lescure). Manuel technique SM6 7897118page 14

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