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Qui fait autant avancer l’électricité ? Guide technique Merlin Gerin Moyenne tension guide de conception MT

Xguide Conception MT 2

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  • Qui fait autant avancer llectricit ?

    Guide technique Merlin GerinMoyenne tension

    guide de conception MT

  • ScIn

    0

    PuCr

    ART86204 Rcs Nanterre B 954 503 439 Imblication : Schneider Electric Industries SA ation, ralisation : HeadLinespression :

    03/2000

    AMTE

    D30

    0hneider Electricdustrie SA

    Adresse postaleF-38050 Grenoble cedex 9Tl. : +33 (0)4 76 57 60 60http://www.schneider-electric.com

    Les donnes techniques contenues dans ce guide sont transmises titre d'information. De ce fait, la responsabilit de Schneider Electric Industries SA ne pourra tre engage en cas d'erreur ou d'omission dans le contenu de ce guide.

    Ce document a t imprim sur du papier cologique.

    014F

    R

  • 37.Schneider Electric

    0AMTED300014FR_001_0fm/1

    GammeGuide de conception

    But

    Prsenter, aider au choix des quipements MT conformesaux normes.

    Donner les rgles de conception pour dimensionner ou cal-culer un tableau MT.

    Comment ?

    En proposant des canevas de calcul simples et clairs pourguider pas pas le concepteur.

    En montrant des exemples concrets de calculs.

    En fournissant les informations sur les units de mesure etnormes internationales.

    En comparant les normes internationales.

    En rsum

    Ce guide vous aide effectuer les calculs ncessaires ladfinition et au dimensionnement des matriels et vous donne les informations utiles pour vous permettre de concevoir votre tableau MT.

    Ce guide est un cataloguede savoir-faire technique

    au service de tout concepteurd'quipement moyenne tension.

  • AMTED300014FR_001_037.fm/2

    0Schneider ElectricGamme

  • 37.Schneider Electric

    Sommaire gnral

    GAMTED300014FR_001_0fm/3

    Gammeuide de conception MT Prsentation 5Equipements prfabriqus sous enveloppe mtallique 5Tension 6Courant 8Frquence 9Fonctions de l'appareillage 9Diffrents types d'enveloppes 10Rgles de conception 11Puissance de court-circuit 11Courants de court-circuit 12Transformateur 13Gnrateur synchrones 14Moteur asynchrone 14Aide mmoire 15Exemple de calcul en triphas 17Calcul des jeux de barres 21La tenue thermique 24La tenue lectrodynamique 27Exemple de calcul d'un jeu de barres 31Tenue dilectrique 38La rigidit dilectrique du milieu 38La forme des pices 39La distance entre les pices 39Degr de protection 41Le code IP 41Le code IK 43Dfinition d'appareillage 45Disjoncteur moyenne tension 45Transformateur de courant 54Transformateur de tension 61Dclassements 64Units de mesure 67Noms et symboles des units de mesure SI 67Units de base 67Grandeurs et units courantes 67Correspondance entre units anglo-saxonneset units du systme internationnal (SI) 69Normes 71Les normes cites 71Comparatif CEI-ANSI 72Rfrences 81Rfrences la documentation Schneider Electric 81Index 83

  • AMTED300014FR_001_037.fm/4

    0Schneider ElectricGamme

  • 37.Schneider Electric

    0Equipements prfabriqus PrsentationAMTED300014FR_001_0fm/5

    Gammesous enveloppe mtallique

    IntroductionPour concevoir une cellule moyenne tension, vous avez besoin de connatre les grandeurs de base suivantes : # La tension# Le courant# La frquence# La puissance de court-circuit.

    La tension, lintensit assigne et la frquence dutilisation sont souvent connues ou peuvent tre dfinies aisment, mais comment calculer la puissance ou le courant de court-circuit en un point donn dune installation ?

    Connatre la puissance de court-circuit dun rseau permet de choisir les diffrents lments du tableau qui devront rsister des chauffements importants et aux contraintes lectrodynamiques. La connaissance de la tension (kV) permettra de dfinir la tenue dilectrique des lments.Exemple : disjoncteurs, isolateurs, TC.

    Le sectionnement, la commande et la protection des rseaux lectriques se fait par lintermdiaire de lappareillage.# Les appareillages sous enveloppe mtallique sont subdiviss en trois types :5 blind5 compartiment 5 bloc.

    Pour commencer, quelques informations indispensables

    sur les tableaux MT ! Il est fait rfrence la

    Commission Electrique Internationale (CEI).

  • AMTED300014FR_001_037.fm/6

    0Equipements prfabriqus Prsentation

    . Schneider ElectricGammesous enveloppe mtallique

    Tension

    Tension de service U (kV)Elle est applique aux bornes du matriel.

    Tension assigne Ur (kV)Connue prcdemment sous le terme tension nominale, elle est la valeur efficace maximale de la tension que le matriel peut supporter en servicenormal. La tension assigne est toujours suprieure la tension de service et, est associe un niveau disolement.

    Niveau disolement Ud (kV eff. 1 mn) et Up (kV crte)Il fixe la tenue dilectrique des matriels aux surtensions de manuvre et aux chocs de foudre.

    # Ud : les surtensions dorigines internes accompagnent toute modification intervenant dans un circuit : ouverture ou fermeture duncircuit, claquage ou contournement dun isolant, etcElle est simule en laboratoire par la tension de tenue la frquence industrielle pendant une minute.

    # Up : les surtensions dorigines externes ou atmosphriques se produisent lorsque la foudre tombe sur la ligne ou proximit. Londe detension qui en rsulte est simule en laboratoire et est appele onde dechoc de foudre.

    Nota : la CEI 694 fixe dans son article 4 les diffrentes valeurs de tension et dans son article 6les conditions dessais dilectriques.

    Exemple :

    # Tension de service : 20 kV# Tension assigne : 24 kV# Tension de tenue frquence industrielle 50 Hz 1 mn : 50 kV eff.# Tension de tenue londe de choc 1,2/50 s : 125 kV crte

  • 37.Schneider Electric

    0Equipements prfabriqus PrsentationAMTED300014FR_001_0fm/7

    Gammesous enveloppe mtallique

    NormesSauf cas spcial, les matriels MERLIN GERIN sont conformes la liste 2du tableau srie 1 des CEI 60 071 et 60 298.

    Tension assigne

    Tenue londe de choc 1,2/50 s 50 Hz

    Tenue frquence industrielle

    Tension de service les plus usuelles

    kV eff. kV crte 1 minute kV eff. kV eff.liste 1 liste 2

    7,2 40 60 20 3,3 6,612 60 75 28 10 1117,5 75 95 38 13,8 1524 95 125 50 20 2236 145 170 70 25,8 36

    Les niveaux disolement sappliquent des appareillages sous enveloppemtallique pour une altitude infrieure 1 000 mtres, 20 C, 11 g/m3 dhumidit et une pression de 1 013 mbar. Au-del, un dclassement est considrer.A chaque niveau disolement correspond une distance dans lair qui garantit la tenue du matriel sans certificat dessai.

    Tension assigne kV eff.

    Tenue londe de choc 1,2/50 s kV crte

    Distance/masse dans lair cm

    7,2 60 1012 75 1217,5 95 1624 125 2236 170 32

    tenue dilectriqueonde de choc

    U

    t

    Um

    0,5 Um

    0 1,2 s 50 s

    2028

    3850

    70

    7,212

    17,52436

    7560

    95125

    170

    Tensions normalises CEI

    tension assigne

    Ud Ur Up

    tenue dilectrique50 Hz 1 mm

  • AMTED300014FR_001_037.fm/8

    0Equipements prfabriqus PrsentationSchneider ElectricGammesous enveloppe mtallique

    CourantCourant assign en service continu : Ir (A)Il est la valeur efficace du courant quun matriel peut supporter ferm, sans dpasser lchauffement permis par les normes.Le tableau ci-dessous rappelle les chauffements autoriss par le CEI en fonction de la nature des contacts.

    Courant assign en service continu :Nature de lorgane du matriau

    Valeurs maximales

    Temprature max. du conducteur (0 C)

    Echauffement max. = t0. max. - 40 0C

    contacts dans laircuivre ou alliage de cuivre nu 75 35argents ou nickels 105 65tams 90 50raccords par boulons ou dispositifs quivalents

    cuivre nu, alliage de cuivre nu ou alliage daluminium 90 50argents ou nickels 115 75tams 105 65

    Nota : les courants assigns usuellement utiliss par Merlin Gerin sont :400, 630, 1 250, 2 500 et 3 150 A.

    Intensit de service : I (A)Elle est calcule daprs les consommations des appareils raccords au circuit considr. C'est l'intensit traversant rellement le matriel. Si nous ne disposons pas des lments de calcul, le client doit nous communiquer sa valeur. Lintensit de service peut-tre calcule lorsque lon connat la puissance des rcepteurs.

    Exemples :# Un tableau avec un dpart moteur de 630 kW et un dpart transformateur de 1 250 kVA sous 5,5 kV de tension de service.

    5 calcul de lintensit de service du dpart transformateur :

    Puissance apparente :

    5 calcul de lintensit de service du dpart moteur :

    cos = facteur de puissance = 0,9 = rendement du moteur = 0,9

    S UI 3=

    I S

    U 3----------- 1250

    5 5 1 732,,------------------------- 130A= = =

    I P

    U 3 cos--------------------------=

    6305 5 1 732 0 9 0 9,,,,-------------------------------------------------- 82A==

  • 37.Schneider Electric

    0Equipements prfabriqus

    PrsentationAMTED300014FR_001_0fm/9

    Gammesous enveloppe mtallique

    Courant de court-circuit minimal : Icc (kA eff)(voir explication au chapitre "Courants de court-circuit").

    Valeur efficace du courant de court-circuit maximal : Ith (kA eff. 1 s ou 3 s)(voir explication au chapitre "Courants de court-circuit").

    Valeur crte du courant de court-circuit maximal : Idyn (kA crte)(valeur de la premire crte de la priode transitoire)(voir explication au chapitre "Courants de court-circuit").

    Frquence fr (Hz)# Deux frquences sont usuellement utilises dans le monde :5 50 Hz en Europe5 60 Hz en Amrique.Quelques pays utilisent les deux frquences sans distinction.

    Fonctions de lappareillageDsignation fonction manuvre des courants et symbole de service de dfaut

    Sectionneur

    isole

    Sectionneur de terre

    isole (pouvoir de fermeture sur c/c)

    Interrupteurmanuvren'isole pas

    Interrupteur sectionneurmanuvreisole

    Disjoncteur fixemanuvreprotgn'isole pas

    Disjoncteur dbrochablemanuvreprotge

    Contacteur fixemanuvren'isole pas

    Contacteur dbrochablemanuvreisole si dbroch

    Fusible

    protgn'isole pas (1 fois)

    = OUI

  • AMTED300014FR_001_037.fm/10

    0Equipements prfabriqus PrsentationSchneider ElectricGammesous enveloppe mtallique

    Diffrents types d'enveloppesCaractristiques Blind Compartiment BlocCellules

    Parois externes mtalliques et toujours mises la terreNombre decompartiments MT 43 3 6 2Parois internes mtalliques

    et toujoursmises la terre

    indiffrentesmtalliquesou non

    indiffrentesmtalliquesou non

    Prsence de clochesd'embrochage possibleVolets empchantl'accs aux compartimentssous tension

    Souplesse dinterventionen cas de presencetension

    Dplacement de l'arc l'intrieur de la cellule

    difficile, maistoujours possible = OUI

  • 37.Schneider Electric

    0Puissance de court-circuit

    N

    Rgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/11

    Gamme

    ous devons calculer chacun des courants Icc.Introduction# La puissance de court-circuit dpend directement de la configuration du rseau et de l'impdance de ses composants : lignes, cbles, transformateurs, moteurs... parcourus par le courant de court-circuit.

    # Elle est la puissance maximum que peut fournir un rseau sur une installation en dfaut, exprime en MVA ou en kA efficace pour une tension de service donne.

    U : tension de service (kV)Icc : courant de court circuit (kA efficace) Cf : pages suivantes

    La puissance de court-circuit est assimilable une puissance apparente.

    # Le client nous impose gnralement la valeur de la puissance de court-circuit car nous disposons rarement des lments de calcul.La dtermination de la puissance de court-circuit ncessite une analysedes flux de puissances alimentant le court-circuit dans le cas le plus dfavorable.

    Les sources possibles sont :# Arrive rseau par lintermdiaire du ou des transformateurs de puissances.

    # Arrive alternateur.

    # Retour de puissance d aux machines tournantes (moteurs) ; ou par lintermdiaire des transformateurs MT/BT.

    Exemple 1 :25 kA sous tension de service de 11 kV

    Zcc

    Icc

    L A

    U Zs

    R

    B

    E

    Scc 3 U Icc=

    Exemple 2 :# Le retour par la BT Icc5nest possible que si le transfo. (T4) est aliment par une autre source.

    # Trois sources dbitent dans le tableau (T1-A-T2)

    5 disjoncteur D1 (c/c en A)Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc55 disjoncteur D2 (c/c en B)Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc55 disjoncteur D3 (c/c en C)Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc5

    63 kV

    T1 A T2

    A B C

    D1

    D6

    MT

    BT

    D4 D5 D7

    D2 D3

    10 kV

    T3 M

    BT MTT4

    Icc4Icc5

    Icc1 Icc2 Icc3

  • AMTED300014FR_001_037.fm/12

    0Courants de court-circuit

    fig

    (CCeen

    Rgles de conception

    TpsdlesLl'cccsdSchneider ElectricGamme

    f : exemple 1 p 11 Introduction). coefficient 1,1 prend en compte une chute de tension de 10 % sur l'installation dfaut (cbles).

    3 Zcc Zccure 1

    # Pour choisir convenablement les appareils de coupure (disjoncteurs ou fusibles) et rgler les fonctions de protection, trois valeurs du courant de court-circuit doivent tre connues :

    5 courant de court-circuit minimal :

    (exemple : 25 kA eff)

    Il correspond un court-circuit lextrmit de la liaison protge (dfaut lextrmit dun feeder (voir fig.1) et non pas juste derrire lorgane de coupure). Sa valeur permet de choisir le rglage des seuils des protections maximum de courant et les fusibles ; en particulier quand la longueur des cbles est importante et/ou quand la source est relativement impdante (gnrateur, onduleurs).

    5 valeur efficace du courant de court-circuit maximal :

    (exemple : 25 kA eff. 1 s)

    Il correspond un court-circuit proximit immdiate des bornes aval de l'appareil de coupure (voir fig.1). Il est dfini en kA pour 1 ou 3 seconde(s) et sert dfinir la tenue thermique que doivent supporter les matriels.

    5 valeur crte du courant de court-circuit maximal :(valeur de la premire crte de la priode transitoire)

    (exemple : 2,5 25 kA = 63,75 kA crte CEI 60 056 ou2,7 25 kA = 67,5 kA crte ANSI)

    - Idyn est gale :2,5 Icc en 50 Hz (CEI) ou,2,6 Icc en 60 Hz (CEI) ou,2,7 Icc (ANSI) (Icc : courant de court-circuitcalcul en un point donn dun rseau)

    Elle dtermine le pouvoir de coupure et de fermeture des disjoncteurs et interrupteurs, et la tenue lectrodynamique des jeux de barres et de l'appareillage.

    - La CEI retient les valeurs suivantes : 8 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 kA efficaces. Celles-ci sont gnralement utilises dans les spcifications.

    Nota :# Il peut arriver quun cahier des charges donne une valeur en kA eff et une valeur en MVA comme ci-dessous :Icc = 19 kA eff ou 350 MVA sous 10 kV5 si nous calculons le courant quivalent 350 MVA nous trouvons :

    Lcart vient de la manire dont on a arrondi la valeur et des habitudes locales.La valeur 19 kA eff est probablement la plus raliste.5 une autre explication est possible : en moyenne et haute tension, la CEI 909 applique un coefficient de 1,1 pour le calcul du Icc maximal.

    Ith Icc

    R X

    cble MT

    2rIcc

    I cr

    te =

    Idyn

    Courant

    Composante continue

    Temps

    2rIcc

    Icc = (kA eff)

    Ith = (kA eff. 1 s ou 3 s)

    Idyn = (kA crte)

    Icc3503 10

    ------------------- 20 2 kA eff,= =

    Icc 1 1U

    ---------------------,E

    --------= =

    oute installation lectrique doit tre rotge contre les courts-circuits, et ceci auf exception, chaque fois qu'il y a une iscontinuit lectrique ; ce qui correspond plus gnralement un changement de

    ection des conducteurs. 'intensit du courant de court-circuit doit tre calcule chaque tage de installation pour les diffrentes onfigurations possibles du rseau ;eci pour pouvoir dterminer les aractristiques du matriel qui doit upporter ou qui doit couper ce courant e dfaut.

  • _037.Schneider Electric

    0Courants de court-circuitRgles de conceptionAMTED300014FR_001fm/13

    GammeTransformateurPour dterminer l'intensit de court-circuit aux bornes d'untransformateur, nous avons besoin de connatre la tension de court-circuit (Ucc %).

    # Ucc % est dfini de la manire suivante :

    le transformateur de tension est non aliment : U = 0 mettre le secondaire en court-circuit monter progressivement la tension U au primaire jusqu' avoirl'intensit nominale assigne Ir au secondaire du transformateur.

    # Le courant de court-circuit, exprim en kA, est donn par la relation sui-vante :

    Le courant de court-circuit est fonction du type de matriel install

    sur le rseau (transformateurs,alternateurs, moteurs, lignes).

    Exemple :# Transformateur 20 MVA# Tension 10 kV# Ucc = 10 %# Puissance de la source amont : infinie

    Ir Sr

    3 U vide------------------------- 20 000

    3 10---------------- 1 150A= = =

    Icc IrUcc--------= 1 150

    10 100--------------------11 500A 11 5kA,= =

    A

    I : O Ir

    U : O Uccpotentiomtre

    primaire

    secondaire

    V

    123

    Icc IrUcc----------=

    La valeur U releve au primaire est alors gale Ucc

  • AMTED300014FR_001_037.fm/14

    0Courants de court-circuit

    1

    Leal

    Rgles de conceptionSchneider ElectricGamme

    coefficient 3, tient compte des moteurs arrts et de l'impdance pour ler jusqu'au dfaut.Gnrateurs synchrones (alternateurs et moteurs)Le calcul de l'intensit de court-circuit aux bornes dun gnrateur synchrone est trs complexe car limpdance interne de celui-ci varie en fonction du temps.

    # Quand la puissance crot progressivement, le courant diminue en passant par trois priodes caractristiques :5 subtransitoire (permet de dterminer le pouvoir de fermeture desdisjoncteurs et les contraintes lectrodynamiques), dure moyenne 10 ms5 transitoire (fixe les contraintes thermiques du matriel),dure moyenne 250 ms5 permanent (cest la valeur du courant de court-circuit en rgime tabli).

    # L'intensit de court-circuit se calcule comme pour les transformateursmais il faut tenir compte des diffrents rgimes.

    # Le courant de court-circuit est donn par la relation suivante :

    G

    Exemple :Mode de calcul pour un alternateur ou un moteur synchrone # Alternateur 15 MVA# Tension U = 10 kV# Xd = 20 %

    Ir Sr

    3 U--------------- 15

    3 10 000-------------------------- 870A===

    Icc IrXcc trans----------------------- 870

    20/100---------------- 4350A 4 35kA,====

    apparitiondu dfaut

    temps

    courant

    rgimesubstransitoire

    rgimetransitoire

    court-circuit

    rgimepermanent

    rgimesain

    Ir Icc

    Xcc : ractance de c/c

    # Les valeurs les plus courantes pour un gnrateur synchrone sont :

    Rgime Substransitoire Xd Transitoire Xd Permanent Xd

    Xcc 10 - 20 % 15 - 25 % 200 - 350 %

    Moteur asynchrone# Pour les moteurs asynchrones5 le courant de court-circuit aux bornes est gal au courant de dmarrage

    5 la contribution des moteurs (retour de courant) au courant de court-circuit est gale :

    M

    Icc IrXcc---------=

    Icc 7 5 8 Ir

    I 73 Ir

  • 37.Schneider Electric

    0Courants de court-circuitRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/15

    Gamme

    X = 0,15 /kmAide-mmoire pour le calcul des intensits de court-circuit triphas

    # Court-circuit triphas

    avec

    # Rseau amont

    # Lignes ariennes

    # Gnrateurs synchrones

    # Transformateurs(ordre de grandeur : pour les valeurs relles, se reporter celles donnes par le constructeur)

    Exemples : 20 kV/410 V ; Sr = 630 kVA ; Ucc = 4% 63 kV/11 V ; Sr = 10 MVA ; Ucc = 9%

    # CblesX = 0,10 0,15 /kmtriphass ou unipolaires

    # Jeux de barres

    Scc 1 1 U Icc, 3 U2

    Zcc---------= = =

    Icc 1 1, U3 Zcc

    ---------------------= Zcc R2 X2+=

    Z U2

    Scc---------=0,3 en 6 kV

    0,2 en 20 kV 0,1 en 150 kv

    RX---- ={

    R LS----=X = 0,4 /km HTX = 0,3 /km MT/BT = 1,8.10-6 cm cuivre = 2,8.10-6 cm aluminium = 3,3.10-6 cm almlec

    Z ( ) X ( ) U2

    Sr------Xcc %( )

    100-------------------= =

    Xcc subtransitoire transitoire permanent turbo 10 20 % 15 25 % 200 350 % ples saillants 15 25 % 25 35 % 70 120 %

    Z ( ) U2Sr-------Ucc %( )

    100-------------------=

    Sr (kVA) 100 3150 5000 25000Ucc (%) 4 7,5 8 12

    MT/BT HT/MT

  • AMTED300014FR_001_037.fm/16

    0Courants de court-circuitRgles de conceptionSchneider ElectricGamme

    R

    # Moteurs et compensateurs synchrones

    # Moteurs asynchrones

    # Arcs en dfaut

    # Impdance quivalente d'un lment travers un transforma-teur

    5 par exemple, pour un dfaut en basse tension, la contribution d'un cble HT en amont du transformateur HT/BT sera :

    et ainsi

    Cette formule est valable quel que soit le niveau de tension du cble, c'est dire mme travers plusieurs transformateurs en srie.

    5 impdance vue depuis le point de dfaut A :

    n : rapport de transformation

    # Triangle des impdances

    Source d'alimentationRa, Xa

    HTcble R1, X1

    BTcble R2, X2

    transformateur RT, XT(impdance au primaire)

    nA

    ZX

    Xcc substransitoire transitoire permanentmoteurs G vitesse 15 % 25 % 80 %moteurs P vitesse 35 % 50 % 100 %compensateurs 25 % 40 % 160 %

    subtransitoire seulement

    Z ( ) IrId----U2Sr-------=

    Icc 7 5 8 Ir

    I 7 3Irapport Icc par retour de courant (avec I assign = Ir)

    Id Icc1 3 2,--------------------=

    R2 = R1( )2U2U1( ) X2 = X1( )2U2U1( ) Z2 = Z1( )2U2U1( )

    R R2 RTn

    2--------R1n

    2-------Ran

    2-------+ + +=X X2 XT

    n2--------

    X1n

    2------Xan

    2------+ + +=

    Z R2 X2+ = ( )

  • 37.Schneider Electric

    Icc = = 21,38 kA103 0 27,

    -------------------

    0Courants de court-circuitRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/17

    GammeExemple 1 :

    Exemple de calcul en triphasMthode des impdancesTout constituant dun rseau (rseau dalimentation, transformateur,alternateur, moteurs, cbles, barres) se caractrise par une impdance(Z) compose dun lment rsistant (R) et dun lment inductif (X)appel ractance. X, R et Z sexpriment en ohm.

    # La relation entre ces diffrentes valeurs est donne par :

    Z =

    (cf.exemple 1 ci-contre)

    # La mthode consiste :5 dcomposer le rseau en tronons5 calculer pour chaque constituant les valeurs R et X5 calculer pour le rseau :- la valeur de R ou de X quivalente- la valeur de l'impdance quivalente- le courant de court-circuit.

    # Le courant de court-circuit triphas est :

    Icc =

    Icc : courant de court-circuit (en kA)U : tension entre phases au point considr

    avant l'apparition du dfaut, en kV.Zcc : impdance de court-circuit (en ohm)

    (cf. exemple 2 ci-contre)

    La complexit du calculde courant de court-circuit triphas

    rside essentiellement dans ladtermination de la valeur de

    limpdance du rseau en amont dupoint de dfaut

    Za

    A

    Tr1 Tr2

    Schma du rseau

    Zr

    Zt1 Zt2

    Za

    Schmas quivalents

    Z = Zr + Zt1//Zt2Z = Zr + Zt1 Zt2

    Zt1 + Zt2

    Zcc = Z//Za

    Zcc = Z ZaZ + Za

    Exemple 2 :

    # Zcc = 0,72 ohm

    # U = 10 kV

    R2 X2+( )

    U3 Zcc

    ---------------------

  • AMTED300014FR_001_037.fm/18

    Courants de court-circuitRgles de conceptionSchneider ElectricGammeDonnes de l'exercice propos

    Alimentation en 63 kVPuissance de court-circuit de la source : 2 000 MVA

    # Configuration du rseau :Deux transformateurs en parallle et un alternateur.

    # Caractristiques des matriels :5 transformateurs :- tension 63 kV / 10 kV- puissance apparente : 1 de 15 MVA, 1 de 20 MVA- tension de court-circuit : Ucc = 10 %5 Alternateur :- tension : 10 kV- puissance apparente : 15 MVA- Xd transitoire : 20 %- X"d substransitoire : 15 %

    # Question :5 dterminer la valeur du courant de court-circuit au niveau du jeu de barres,5 les pouvoirs de coupure et de fermeture des disjoncteurs D1 D7.

    Schma unifilaire

    Voil un problme rsoudre !

    D1 D2

    D4 D5 D6 D7

    10 kV

    63 kV

    Transformateur15 MVAUcc = 10 %

    Transformateur20 MVAUcc = 10 %G1

    T1 T2

    D3

    Alternateur 15 MVAX'd = 20 %X''d = 15 %

    Jeu de barres

  • 37.Schneider Electric

    Courants de court-circuitRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/19

    GammeRsolution de l'exercice

    # Dtermination des diffrents courants de court-circuitLes trois sources qui peuvent alimenter le court-circuit sont les deuxtransformateurs et lalternateur.Nous supposons quil ne peut pas y avoir de retour de puissance par D4, D5, D6 et D7.En cas de court-circuit en amont dun disjoncteur (D1, D2, D3,D4, D5, D6, D7), celui-ci est travers par le courant de court-circuitfourni par les T1, T2 et G1.

    # Schma quivalentChaque lment est compos d'une rsistance et d'une inductance. Il faut calculer ces valeurs pour chaque lment. Le rseau peut-tre reprsent comme suit :

    L'exprience montre que la rsistance est gnralement faible devant la ractance, on peut donc en dduire que la ractance est gale l'impdance (X = Z).

    # Pour dterminer la puissance de court-circuit, il faut calculer lesdiffrentes valeurs des rsistances et des inductances, puis faire la somme arithmtique sparment :

    Rt = R

    Xt = X

    # Connaissant Rt et Xt, on dduit la valeur Zt en appliquant laformule :

    Z = ( R2 + X2)

    Nota : R tant ngligeable devant X, on peut dire que Z = X.

    Voici la rsolutiondu problme

    avec la mthode !

    Zr = impdance rseau

    Z15 = impdance transformateur 15 MVA

    Z20 = impdance transformateur 20 MVA

    a = impdance alternateur iffrents suivant le rgime transitoire ou substransitoire)

    jeu de barres

  • AMTED300014FR_001_037.fm/20

    Courants de court-circuit

    Zt = (Zr + Z15)//Za

    rZ

    rZ

    Zr

    Za Z15

    Rgles de conception

    Nodcoeffet coddurs

    PocotrvaesSchneider ElectricGamme

    gime transitoire = 0,47

    gime susbransitoire = 0,42Constituant Calcul Z = X (ohm)RseauScc = 2 000 MVAU service = 10 kV 0,05

    Transformateur 15 MVA(Ucc = 10 %)U service = 10 kV 0,67

    Transformateur 20 MVA(Ucc = 10 %)U service = 10 kV

    0,5

    Alternateur de 15 MVAU service = 10 kV

    Rgime transitoire (Xcc = 20 %)Rgime substransitoire (Xcc = 15 %)

    Zat = 1,33

    Zas = 1

    Jeu de barresMises en parallle des transformateurs

    Mise en srie avec le rseau etl'impdance des transformateurs

    Zet = 0,29

    Zer = 0,34

    Mise en parallle du groupeRgime transitoire

    Rgime substransitoire

    7 0,27

    70,25

    Zr U2

    Scc-------

    102

    2000----------= =

    Z20 U2

    Sr----- Ucc 10

    2

    20------10100-------==

    Za U2

    Sr------ Xcc=

    Zat 102

    15---------20100-------=

    Zas 102

    15---------15100-------=

    Z15 Z20|| Z15 Z20Z15 Z20+---------------------------0 67, 0 5,0 67, 0 5,+-----------------------------= =//

    Zr Zet 0 05, 0 29,+=+

    Zer Zat|| Zer ZatZer Zat+--------------------------0 34, 1 33,0 34, 1 33,+--------------------------------= =//

    Zer Zat|| Zer ZatZer Zat+--------------------------0 34, 10 34, 1+----------------------= =//

    Z15 U2

    Sr----- Ucc 10

    2

    15------10

    100-------==

    Disjoncteur Circuit quivalent Pouvoir de coupure Pouvoir de fermeture Z (ohm) en kA eff. 2,5 Icc (en kA crte)

    D4 D7

    Zt = [Zr + (Z15//Z20)]//Za

    rgime transitoireZ = 0,27

    rgime susbransitoireZ = 0,25

    21,40

    D3 alternateur

    Zt = Zr + (Z15//Z20)

    Z = 0,34

    17

    D1 transformateur 15 MVA

    Zt = (Zr + Z20)//Za

    rgime transitoireZ = 0,39

    rgime susbransitoireZ = 0,35

    17,9

    D2 transformateur 20 MVA12,4

    Icc U2

    3 Zcc----------------------

    103

    -------

    1Zcc---------= =

    Zr

    Z15 Z20Za

    21 40, 2 5, 53 15,=

    Zr

    Z15 Z20

    17 2 5, 42 5,=

    Zr

    Za Z20

    14 9, 2 5, 37 25,=

    12 4, 2 5, 31=

    ta : un disjoncteur estfini pour un pouvoir deupure d'une valeuricace en rgime stabilis,un pourcentage demposante apriodique quipend du temps d'ouverture disjoncteur et du dueau (env. 30 %). ur les alternateurs lamposante apriodique ests leve ; il faut fairelider les calculs par dessais en laboratoire.

    RX----

    Et maintenantles rsultats !

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/21

    GammeCaractristiques physiques du jeu de barresS : section dune barre cm2

    d : distance entre phases cm

    l : distance entre isolateurs dune mme phase cm

    n : temprature ambiante (n 40C) C

    ( - n) : chauffement admissible* C

    profil : platmatire : cuivre aluminium disposition : plat sur chant

    nbre de barre(s) par phase :

    Introduction# On dtermine les dimensions du jeu de barres en tenant compte des conditions normales dexploitation.La tension (kV) laquelle est porte linstallation fixe la distance entre phases et entre phases-masse et dtermine la hauteur et la forme dessupports.Lintensit assigne du courant traversant le jeu de barres nous sert dterminer la section et la nature des conducteurs.

    # On sassure ensuite que les supports (isolateurs) rsistent aux effets mcaniques et que les barres rsistent aux effets mcaniques etthermiques dus aux courants de court-circuit.Il faut aussi vrifier que la priode de vibration propre des barres nentre pas en rsonance avec la priode du courant.

    # Pour calculer un jeu de barres, il faut partir d'hypothses decaractristiques lectriques et physiques suivantes :

    * Nota : Elle est gnralement fournie par le client sous cette forme ou on peut la calculer enayant le courant de court-circuit Icc et la tension de service U : (Scc = Icc U ; voir chapitre sur les "Courants de court-circuit").

    * Nota : voir tableau V de la norme CEI 60 694 des 2 pages suivantes.

    Calculer un jeu de barres consisteen ralit vrifier quil offre

    des tenues thermiques, lectrodynamiqueset de non-rsonance suffisantes.

    Caractristiques lectriques du jeu de barresScc : puissance de court-circuit du rseau* MVA

    Ur : tension assigne kV

    U : tension de service kV

    Ir : courant assign A

    En rsum : barre(s) de cm par phase

  • AMTED300014FR_001_037.fm/22

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionSchneider ElectricGammeEchauffementExtrait du tableau V de la norme CEI 60 694

    Suivant sa fonction, le mme organe peut appartenir plusieurs des catgories numres au tableau V. Dans ce cas, les valeurs admissibles de la temprature et de l'chauffement prendre en considration sontles plus faibles dans les catgories concernes.

    Pour les appareils de connexion dans le vide, les valeurs limites de temprature et d'chauffement ne s'appliquent pas aux organes dans le vide. Les autres organes ne doivent pas dpasser les valeurs de temprature et d'chauffement indiques au tableau V.

    Toutes les prcautions ncessaires doivent tre prises pour qu'aucundommage ne soit caus aux matriaux environnants.

    Lorsque des lments de contacts sont protgs de maniresdiffrentes, les tempratures et chauffements admissibles sont ceux del'lment pour lequel le tableau V autorise les valeurs les plus leves.

    Nature de l'organe, du matriau et du dilectrique(Cf : 1, 2 et 3)

    Temprature (C)

    ( - n)avec n = 40 C

    Raccords par boulons ou dispositifs quivalents (Cf : 7)cuivre nu, alliage de cuivre nu ou alliage d'aluminium dans

    lair 90 50le SF6 * 105 65lhuile 100 60argents ou nickels dans

    lair 115 75le SF6 115 75lhuile 100 60tams dans

    lair 105 65le SF6 105 65lhuile 100 60* SF6 (hexafluorure de soufre)

    1

    2

    3

    7

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/23

    Gamme1

    2

    3

    4

    5

    6

    EchauffementExtrait du tableau V de la norme CEI 60 694

    Suivant sa fonction, le mme organe peut appartenir plusieurs descatgories numres au tableau V. Dans ce cas, les valeurs admissiblesde la temprature et de l'chauffement prendre en considration sontles plus faibles dans les catgories concernes.

    Pour les appareils de connexion dans le vide, les valeurs limites detemprature et d'chauffement ne s'appliquent pas aux organes dans le vide. Les autres organes ne doivent pas dpasser les valeurs detemprature et d'chauffement indiques au tableau V.

    Toutes les prcautions ncessaires doivent tre prises pour qu'aucundommage ne soit caus aux matriaux environnants.

    Lorsque des lments de contacts sont protgs de maniresdiffrentes, les tempratures et chauffements admissibles sont ceux del'lment pour lequel le tableau V autorise les valeurs les plus basses.

    La qualit du revtement doit tre telle qu'une couche de protectionsubsiste dans la zone de contact :- aprs l'essai d'tablissement et de coupure (s'ils existent),- aprs l'essai au courant de courte dure admissible,- aprs l'essai d'endurance mcanique,selon les spcifications propres chaque matriel. Dans le cas contraire,les contacts doivent tre considrs comme "nus".

    Pour les contacts des fusibles, l'chauffement doit tre conforme auxpublications concernant les fusibles haute tension.

    Nature de l'organe, du matriau et du dilectrique(Cf : 1, 2 et 3)

    temprature (C)

    ( - n)avec n = 40 C

    Contacts (Cf : 4)cuivre ou alliage de cuivre nu dans

    l'air 75 35le SF6 * 90 50l'huile 80 40argents ou nickels (Cf : 5) dans

    lair 105 65le SF6 105 65lhuile 90 50tams (Cf : 5 et 6) dans

    lair 90 50le SF6 90 50lhuile 90 50* SF6 (hexafluorure de soufre)

  • AMTED300014FR_001_037.fm/24

    0Calcul des jeux de barres

    d

    s

    a

    pSchneider ElectricGamme

    nombre de barres par phase =o k1 =

    La tenue thermique...

    Au passage du courant assign (Ir)

    avec :I : intensit admissible exprime en ampres (A)

    le dclassement en intensit est prvoir :- pour une temprature ambiante suprieure 40C- pour un indice de protection suprieur IP5

    n : temprature ambiante (n 40C) C

    ( - n) : chauffement admissible * C

    S : section dune barre cm2

    p : primtre dune barre cm (schma ci-contre)

    20 : rsistivit du conducteur 20C : cuivre : 1,83 cm: aluminium : 2,90 cm

    : coefficient de temprature de la rsistivit : 0,004

    K : coefficient de conditions produit de 6 coefficients (k1, k2, k3, k4, k5, k6),

    dcrits ci-aprs* (voir tableau V de la norme CEI 60 694 pages prcdentes)

    Dfinition des coefficients k1, 2, 3, 4, 5, 6 :# Le coefficient k1 est fonction du nombre de barres mplates par phasepour :5 1 barre (k1 = 1)5 2 ou 3 barres, voir le tableau ci-dessous :

    Dans notre cas : e/a = le

    e/a0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

    nb de barres par phase k1 2 1,63 1,73 1,76 1,80 1,83 1,85 1,87 1,89 1,913 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,63 2,65 2,68 2,70

    P P

    Vrifionsque la section choisie :

    ... barre(s) de ... x ... cm par phaseatisfasse aux chauffements produits par

    le passage du courant assign et aupassage du courant de court-circuit

    pendant 1 3 seconde(s).

    e

    e

    La fourmule de MELSON & BOTH publie dans le revue"Copper Development Association" permet de dfinirlintensit admissible dans un conducteur :

    I K 24 9, n( )0 61, S0 5, p0 39,

    20 1 20( )+[ ]=

    rimtre dune barre

  • 37.Schneider Electric

    Rgles de conception 0Calcul des jeux de barres

    C

    deAMTED300014FR_001_0fm/25

    Gamme

    onvient si Ir du jeu de barres dsir I

    solution choisie cm par phaseDans notre cas :

    # Le coefficient k2 est fonction de l'tat de surface des barres :5 nues : k2 = 15 peintes : k2 = 1,15

    # Le coefficient k3 est fonction de la position des barres :5 barres sur chant : k3 = 15 1 barre plat : k3 = 0,955 plusieurs barres plat : k3 = 0,75

    # Le coefficient k4 est fonction de lendroit o sont installes les barres :5 atmosphre calme lintrieur : k4 = 15 atmosphre calme lextrieur : k4 = 1,25 barres dans une gaine non ventile : k4 = 0,80

    # Le coefficient k5 est fonction de la ventilation artificielle :5 sans ventilation artificielle : k5 = 15 le cas avec ventilation devra tre trait au cas par cas et ensuite valid par des essais.

    # Le coefficient k6 est fonction de la nature du courant :5 pour un courant alternatif de frquence 60 Hz, k6 est fonction du nombre de barres n par phase et de leur cartement. Valeur de k6 pour un cartement gal lpaisseur des barres :

    n = do k6 =

    En dfinitive, nous avons :

    I = A

    I K 24 9 n( )0 61, S0 5, p0 39,,

    20 1 20( )+[ ]=

    k = =

    I 24 9 ( ),0 61,

    0 5,

    0 39,

    1 0 004, 20( )+[ ]=

    n 1 2 3k6 1 1 0,98

    La

  • AMTED300014FR_001_037.fm/26

    0Calcul des jeux de barres

    Vm(is

    Rgles de conception

    aSchneider ElectricGamme

    rifier que cette temprature t est compatible avec la tempratureaximale des pices en contact avec le jeu de barresolant en particulier).

    vec le jeu de barres.Au passage du courant de court-circuit de courtedure (Ith)# On admet que, pendant toute la dure (1 ou 3 secondes) : 5 toute la chaleur dgage sert lever la temprature du conducteur5 les effets du rayonnement sont ngligeables.

    avec

    vrifiez :

    La formule ci-dessous peut-tre utilise pour calculer lchauffementd au court-circuit :

    cc 0 24 20 Ith2 tk,

    n S( )2 c -------------------------------------------------=

    Exemple :Comment trouver la valeur de Ithpour une dure diffrente ? Sachant que : (Ith)2 t = constante

    # Si Ith2 = 26,16 kA eff. 2 s, quoi correspond Ith1 pour t = 1 s ?

    (Ith2)2 t = constante(26,16 103)2 2 = 137 107

    donc Ith1 =

    Ith1 = 37 kA ff pour 1 s

    # En rsum :

    5 26,16 kA eff. 2 s,il correspond 37 kA eff. 1 s

    5 37 kA eff. 1 s, il correspond 26,16 kA eff. 2 s

    cons tetan( )t

    --------------------------- = 137 107

    ( )1

    ---------------------------

    cc = C

    La temprature du t conducteur aprs le court-circuit sera :

    t = C

    t n n( ) cc+ +=

    cc =

    0,24 10-6 ( )2 (

    )2

    cc : chauffement d au court-circuit

    c : chaleur spcifique du mtalcuivre : 0,091 kcal/daNCaluminium : 0,23 kcal/daN C

    S : section d'une barre cm2

    n : nombre de barre(s) par phaseIth : est le courant de court-circuit de courte dure :

    (valeur efficace du courant de C/CT maximal) A eff

    tk : dure du court-circuit de courte dure (1 3 s) en s

    : masse volumique du mtalcuivre : 8,9 g/cm3aluminium : 2,7 g/cm3

    20 : rsistivit du conducteur 20Ccuivre : 1,83 cmaluminium : 2,90 cm

    ( - n) : chauffement admissible C

    t temprature maximale supportable par les pices en contact

  • 37.Schneider Electric

    5

    H

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/27

    Gamme

    F = daNnous avons un cofficient de scurit de

    FF----- =

    vrifier F > FLa tenue lectrodynamique

    Efforts entre conducteurs en parallle

    avec

    Effort en tte des supports ou traverses

    avec

    Calcul dun effort si N supports# Leffort F encaiss par chaque support est au maximum gal leffortcalcul F1 (voir chapitre prcdent) multipli par un coefficient kn qui variesuivant le nombre total N de supports quidistants installs.5 nombre de supports = N5 nous connaissons N, dfinissons kn laide du tableau ci-dessous :

    # Leffort trouv aprs application du coefficient k est comparer la tenumcanique du support laquelle on appliquera un coefficient de scurit :5 les supports employs ont une rsistance la flexion

    Vrifions si les barres choisiesrsistent aux effortslectrodynamiques.

    Les efforts lectrodynamiques conscutifs au courant de court-circuitsont donns par la formule :

    F1 2 ld--- ldyn2

    10 8=

    Idyn k SccU 3------------ k Ith= =

    d

    IdynIdyn

    F1F1

    dl

    Formule de calcul deffort sur un support :

    F F1 H h+H--------------=

    F1

    F

    h = e/2

    support

    F1 : effort exprim en daNIdyn : est la valeur crte du courant de court-circuit exprim en A,

    calculer avec la formule ci-dessous

    Scc : puissance de court-circuit kVAIth : courant de court-circuit de courte dure A effU : tension de service kVl : distance entre isolateurs d'une mme phase cmd : distance entre phases cmk : 2,5 pour 50 Hz ; 2,6 pour 60 Hz selon CEI et 2,7 selon ANSI

    D'o : Idyn = A et F1 = daN

    F : effort exprime daN H : hauteur de lisolateur cm h : distance de la tte de lisolateur

    au centre de gravit du jeu de barres cm

    do F = (F1) (kn) = daN

    N 2 3 4 5kn 0,5 1,25 1,10 1,14

  • AMTED300014FR_001_037.fm/28

    0Calcul des jeux de barresRgles de conception

    xx

    V

    b

    bSchneider ElectricGamme

    rifiez :< Barres Cu ou Al (en daN/cm2) : perpendiculaire au plan de vibration

    avec

    # Une barre par phase :

    # Deux barres par phase :

    Tenue mcanique des barres

    S : section de la barre (en cm2)

    #En faisant lhypothse admissible que les extrrmits des barres sontencastres, elles sont soumises un moment flchissant dont lacontrainte rsultante est :

    F1 12-------------vl---=

    : est la contrainte rsultante,elle doit tre infrieure la contrainte admissible par les barres soit :cuivre 1/4 dur : 1 200 daN/cm2cuivre 1/2 dur : 2 300 daN/cm2cuivre 4/4 dur : 3 000 daN/cm2alu tam : 1 200 daN/cm2

    F1 : effort entre conducteurs daN

    : distance entre isolateurs dune mme phase

    cm

    I/v : est le module dinertie dune barre ou dun ensemble de barres cm3(choisir la valeur sur le tableau de la page suivante)

    v : distance entre la fibre neutre et la fibre la plus contrainte (la plus loigne)

    v

    h

    phase 1 phase 2x

    x'

    phase 1 phase 2x

    x'

    v

    hd

    I b h3

    12--------------=

    Iv---

    b h26--------------=

    2 b h3

    12-------------- S d2

    = ( )+

    I--

    2 b h3

    12-------------- S d2

    + 1 5 h,----------------------------------------------=

    ( )

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barres

    D

    Rgles de conception

    NdAMTED300014FR_001_0fm/29

    Gamme

    ous vrifions bien que cette frquence est en dehors es valeurs proscrites, savoir de 42 58 et de 80 115 Hz.Choisissez votre section S, masse linique m, module dinertie I/v,moment inertie I pour les barres dfinies ci-dessous :

    *disposition : section dans un plan perpendiculaire au jeu de barres (2 phases sont reprsentes)

    Frquence propre de rsonanceLes frquences propres de vibration viter pour les barres soumises un courant de 50 Hz sont les frquences voisines de 50 et 100 Hz.Cette frquence propre de vibration est donne par la formule :

    Dimensions des barres (mm)100 x 10 80 x 10 80 x 6 80 x 5 80 x 3 50 x 10 50 x 8 50 x 6 50 x 5

    S cm2 10 8 4,8 4 2,4 5 4 3 2,5isposition* m Cu 0,089 0,071 0,043 0,036 0,021 0,044 0,036 0,027 0,022

    daN/cm A5/L 0,027 0,022 0,013 0,011 0,006 0,014 0,011 0,008 0,007

    I cm4 0,83 0,66 0,144 0,083 0,018 0,416 0,213 0,09 0,05

    I/v cm3 1,66 1,33 0,48 0,33 0,12 0,83 0,53 0,3 0,2

    I cm4 83,33 42,66 25,6 21,33 12,8 10,41 8,33 6,25 5,2

    I/v cm3 16,66 10,66 6,4 5,33 3,2 4,16 3,33 2,5 2,08

    I cm4 21,66 17,33 3,74 2,16 0,47 10,83 5,54 2,34 1,35

    I/v cm3 14,45 11,55 4,16 2,88 1,04 7,22 4,62 2,6 1,8

    I cm4 166,66 85,33 51,2 42,66 25,6 20,83 16,66 12,5 10,41

    I/v cm3 33,33 21,33 12,8 10,66 6,4 8,33 6,66 5 4,16

    I cm4 82,5 66 14,25 8,25 1,78 41,25 21,12 8,91 5,16

    I/v cm3 33 26,4 9,5 6,6 2,38 16,5 10,56 5,94 4,13

    I cm4 250 128 76,8 64 38,4 31,25 25 18,75 15,62

    I/v cm3 50 32 19,2 16 9,6 12,5 10 7,5 6,25

    x

    x x

    x

    x

    x x

    x x

    x

    f : frquence de rsonance en Hz

    E : module d'lasticit :du cuivre = 1,3 106 daN/cm2de l'aluminium A5/L = 0,67 106 daN/cm2

    m : masse linique de la barre daN/cm (choisir la valeur sur le tableau ci-dessus)

    : longueur entre 2 supports ou traverses cm

    I : moment d'inertie de la section de la barre par rapport l'axe x'x perpendiculaire au plan de vibration

    cm4

    (voir formules prcdemment explicites ou choisir la valeur sur le tableau ci-dessus)

    d'o f= Hz

    f 112 E Im

    4

    ---------------=

    Vrifionsque les barres choisies

    n'entrent pasen rsonance.

    x

    x

  • AMTED300014FR_001_037.fm/30

    d

    d

    12

    pla

    RSchneider ElectricGammeCalcul des jeux de barres

    Voil un jeu de barres vrifier.

    Cellule 1 Cellule 2 Cellule 3 Cellule 4 Cellule 5

    cm

    d d

    1 cm1 cm

    5 cm10 cm

    Vue de ct

    Exemple de calcul de jeux de barres

    Caractristiques du jeu de barres vrifier :S : section de barre (10 1) 10 cm2

    d : distance entre phases 18 cm

    l : distance entre isolateurs 70 cmd'une mme phase

    n : temprature ambiante 40 C

    ( - n) : chauffement admissible 50 C(90-40=50)profil : plat

    matire : barres en cuivre 1/4 dur, ayant une contrainteadmissible = 1 200 daN/cm2

    disposition : sur chant

    nombre de barre(s) de phase : 2

    Donnes de l'exercice propos

    # Considrons un tableau constitu d'au moins 5 cellules MT.Chaque cellule comporte 3 isolateurs (1 par phase).Un jeu de barres compos de 2 barres par phase, relie lectriquement les cellules entre-elles.

    # Le jeu de barres devra pouvoir supporter un courant assignIr = 2 500 A en permanence et un courant de court-circuit de courtedure Ith = 31 500 A eff. pendant un temps tk = 3 secondes.

    # Frquence assigne fr = 50 Hz

    # Autres caractristiques :

    5 les pices en contact avec le jeu de barres peuvent supporter une

    5 les supports employs ont une rsistance la flexion F = 1 000 daNtemprature maximale de max = 100C

    Vue de dessus

    n 1

    gles de conception

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/31

    Gammee

    a

    e

    Au passage du courant assign (Ir)

    La formule de MELSON & BOTH permet de dfinir l'intensit admissible dans un conducteur :

    I K 24 9 n( )0 61,

    , S0 5, p0 39,20 1 20( )+[ ]

    -------------------------------------------------------------------------------=

    avec :l : intensit admissible exprime en ampres (A)

    n : temprature ambiante 40 C

    ( - n) : chauffement admissible * 50 C

    S : section dune barre 10 cm2

    p : primtre dune barre 22 cm

    20 : rsistivit du conducteur 20Ccuivre : 1,83 cm

    : coefficient de tempraturede la rsistivit : 0,004

    K : coefficient de conditionsproduit de 6 coefficients (k1, k2, k3, k4, k5, k6)

    ,

    dcrits ci-aprs*(voir tableau V de la norme CEI 60 694 pages 22 et 23)

    Dfinition des coefficients k1, 2, 3, 4, 5, 6 :

    # Le coefficient k1 est fonction du nombre de barres mplates par phase pour :5 1 barre (k1 = 1)5 2 ou 3 barres, voir le tableau ci-dessous :

    e / a0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

    nb de barres par phase k12 1,63 1,73 1,76 1,80 1,83 1,85 1,87 1,89 1,913 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,63 2,65 2,68 2,70

    Dans notre cas :e/a = 0,1le nombre de barres par phase = 2do k1 = 1,80

    Vrifionsla tenue thermiquedu jeu de barres !

  • AMTED300014FR_001_037.fm/32

    Rgles de conception 0Calcul des jeux de barresSchneider ElectricGamme

    convient car :

    Ir I< 500 A 2 689

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/33

    Gammecc0 24, 1 83 10 6, ( ) 2 3

    2 0 091, 8 9,

    -------------------------------------------------------------------------------------------------=

    ( 2 2 10 )

    ( 31 500 ) /

    /

    /

    cc 4 C=

    La formule ci-dessous peut-tre utilise pour calculer

    Au passage du courant de court-circuit de courte dure (Ith)# On admet que, pendant toute la dure (3 secondes) :5 toute la chaleur dgage sert lever la temprature duconducteur5 les effets du rayonnement sont ngligeables.

    l'chauffement d au court-circuit :

    5 L'chauffement d au court circuit est :

    La temprature t du conducteur aprs le court-circuit sera :t n n( ) cc+ +=

    40

    50

    4 + +=

    94 C=

    cc0 24, 20 Ith

    2 tk

    n S( )2 c ------------------------------------------------------=

    pour I = 2 689 A (voir calcul pages prcdentes)

    avec :c : chaleur spcifique du mtal

    cuivre : 0,091 kcal / daNC

    S : est la section exprime en cm2 10 cm2

    n : nombre de barres par phase 2

    Ith : est le courant de court-circuitde courte dure 31 500 A eff(valeur efficace du courantde C/CT maximal)

    tk : dure du court-circuitde courte dure (1 3 s) 3 en s

    : masse vomumique du mtalcuivre : 8,9 g/cm3

    20 : rsistivit du conducteur 20Ccuivre : 1,83 cm

    ( - n) : chauffement admissible 50 C

    Le calcul de t doit tre affin car le jeu de barres dsir

    doit supporter Ir = 2 500 A au maximum et non 2 689 A.

  • AMTED300014FR_001_037.fm/34

    0Calcul des jeux de barresRgles de conceptionSchneider ElectricGamme# Affinons le calcul de t pour Ir = 2 500 A (courant assign du jeu de barres)

    5 de la formule de MELSON & BOTH (cf : page 31), nous pouvons dduire la chose suivante :

    I = constante (-n) 0,61 et Ir = constante () 0,61

    5 la temprature t du conducteur aprs court-circuit, pour un instant assign Ir = 2 500 A est :

    t = n + + cc

    =

    + +

    = C pour Ir = 2 500 A

    Le jeu de barres choisi convient car :

    (max = temprature maximale supportable par les pices en contact avec le jeu de barres).

    )( = 0,61donc (-n)()IIr

    = ( )0,6150()2 5002 689

    50

    = 1,126

    = 44,3C

    40

    t = 88,3 C est infrieur max = 100 C

    = ( )0,6150 2 5002 689

    1

    44,3 4

    88,3

  • 37.Schneider Electric

    0Calcul des jeux de barresRgles de conception

    AMTED300014FR_001_0fm/35

    Gamme

    Les supports employs ont une rsistance la flexion

    F = 1 000 daN suprieure l'effort calcul F = 778 daN.

    La solution convient

    Efforts entre conducteurs en parallle

    (voir plan 1 au dbut de lexemple de calcul)

    Effort en tte des supports ou traverses

    avec

    Calcul dun effort si N supports# Leffort F encaiss par chaque support est au maximumgal leffort calcul F1 multipli par un coefficient kn quivarie suivant le nombre total N de supports quidistantsinstalls.5 nombre de supports = N5 nous connaissons N, dfinissons kn laide du tableau ci-dessous :

    Les efforts lectrodynamiques conscutifs au courant decourt-circuit sont donns par la formule :

    F1 = 2 /ld

    ldyn2 /10-8

    l : distance entre isolateurs dune mme phase cm

    d : distance entre phases cm

    k : pour 50 Hz selon CEI

    Idyn : valeur crte du courant de court-circuit= k / lth= 2,5 / 31 500= A

    18

    2,5

    F1 = 2 / (70/18) /78 7502 /10-8 = daN482,3

    70

    F : effort exprime en daNH : hauteur de lisolateur cm

    h : distance de la tte de lisolateurau centre de gravit du jeu de barres cm

    12

    5

    5

    N 2 3 4 5kn 0,5 1,25 1,10 1,14

    Formule de calcul deffort sur un support :

    F = F1 / H + hH

    do F = (F1) / (Kn) = daN7781,14683

    78 750

    Vrifionsla tenue lectrodynamique

    du jeu de barres.

  • AMTED300014FR_001_037.fm/36

    Calcul des jeux de barresRgles de conceptionSchneider ElectricGamme

    I cm4 250

    x I/v cm3 50Tenue mcanique des barres

    En faisant l'hypothse admissible que les extrmits des barressont encastres, elles sont soumises un moment flchissantdont la contrainte rsultante est :

    F1 l12------------

    vI---=

    : est la contrainte rsultante en daN/cm2

    l : distance entre isolateurs dune mme phase cm

    I/v : est le module dinertie dune barre ou dun ensemble de barres cm3(valeur choisie sur le tableau ci-dessous)

    avec

    La contrainte rsultante calcule ( = 195 daN / cm2) est infrieure la contrainte admissible par les barres en cuivre 1/4 dur (1200 daN / cm2) :

    Dimensions des barres (mm)100 x 10

    S cm2 10Disposition m Cu 0,089

    daN/cm A5/L 0,027

    I cm4 0,83x

    x I/v cm3 1,66

    I cm4 83,33x

    x I/v cm3 16,66

    I cm4 21,66x

    x I/v cm3 14,45

    I cm4 166,66x

    x I/v cm3 33,33

    I cm4 82,5x

    x I/v cm3 33x

    70

    14,45

    La solution convient

    = 195 daN / cm2

    482 3 70,12

    ------------------- 114 45,------------=

  • 37.Schneider Electric

    Calcul des jeux de barresRgles de conceptionAMTED300014FR_001_0fm/37

    GammeFrquence propre de rsonanceLes frquences propres de vibration viter pour les barressoumises un courant de 50 Hz sont les frquences voisines de 50 et 100 Hz.Cette frquence propre de vibration est donne par la formule :

    f : frquence de rsonance en Hz

    E : module d'lasticit :du cuivre = 1,3 106 daN/cm2

    m : masse linique de la barre daN/cm

    l : longueur entre 2 supports ou traverses cm

    I : moment d'inertie de la section de la barre par rapport l'axe x'x perpendiculaire au plan de vibration cm4

    (choisir m et I sur le tableau de la page prcdente)

    f est en dehors des valeurs proscrire, savoir 42 58 Hzet 80 115 Hz:

    En conclusion

    La solution convient

    f = 406 Hz

    Le jeu de barres dsir, barres de cm

    par phase, convient pour un Ir = 2 500 A et

    Ith = 31,5 kA 3 s.

    2 10 1

    0,089

    70

    21,66

    f 112 E I

    m l4------------=

    f 112 1 3, 106 21 66,

    0 089, 704-----------------------------------

    =

    Vrifionsque les barres choisies

    nentrent pasen rsonance

  • AMTED300014FR_038_084.fm/38

    0Tenue dilectriqueRgles de conceptionSchneider ElectricGamme

    xposition lextrieur).# La tenue dilectrique dpend des 3 paramtres principaux suivant :5 la rigidit dilectrique du milieu 5 la forme des pices 5 la distance : - air ambiant entre les pices sous tension - interface air isolant entre les pices sous tension.

    La rigidit dilectrique du milieuCest une des caractristiques du fluide (gaz ou liquide) qui compose le milieu. Pour lair ambiant cette caractristique dpend des conditions atmosphriques et de la pollution.

    La rigidit dilectrique de lair dpend des conditions ambiantes suivantes :

    # la pollutionDes poussires conductrices peuvent tre prsentes dans un gaz, un liquide, ou se dposer la surface dun isolant. Leur effet est toujours le mme : rduire les performances de lisolation dun facteur qui peut aller jusqu 10 !

    # La condensationPhnomne de dpt de goutelettes deau la surface des isolants ce qui a pour effet de rduire localement les performance de lisolation dun facteur 3.

    # La pressionLes performances dune isolation gazeuse croissent avec la pression. Pour un appareil isol dans lair ambiant, laltitude peut causer une baisse de performance de lisolation du fait de la baisse de pression. On est souvent oblig de dclasser lappareil.

    # LhumiditDans les gaz et les liquides, la prsence dhumidit peut causer une modification des performances de lisolation. Dans le cas des liquides, cest toujours une baisse de performance. Dans le cas des gaz, cest gnralement une baisse (SF6, N2) sauf pour lair o faible concentration (humidit < 70 %) il y a une lgre amlioration des performances "plein gaz"*.

    # La tempratureLes performances dune isolation gazeuse, liquide ou solide dcroissent quand la temprature augmente. Pour les isolants solides, les chocs thermiques peuvent faire apparatre des micro-fissures qui peuvent conduire trs rapidement un claquage. Il faut donc faire trs attention aux phnomnes de dilatation : un isolant solide se dilate 5 15 fois plus quun conducteur.* On parle disolation "plein gaz".

    Niveau de pollutionLa pollution peut avoir comme origine : le milieu gazeux externe (poussires), une salissure initiale, ventuellement la coupure en surface interne, la pollution conjugue lhumidit dveloppe une conduction lectrochimique qui va agraver les phnomnes de dcharges. Le rayonnement peut-tre une contrainte du milieu externe (e

    Quelques ordres de grandeur Rigidit dilectrique

    (20c, 1 bar absolu) : 2,9 3 kV/mm Seuil d'ionisation

    (20c, 1 bar absolu) : 2,6 kV/mm

  • 84.Schneider Electric

    0Tenue dilectriqueRgles de conceptionAMTED300014FR_038_0fm/39

    GammeLa forme des pices Elle joue un rle essentiel dans la tenue dilectrique de lappareillage. Il faut absolument liminer tout effet de "pointe" qui aurait un effet dsastreux dans la tenue londe de choc en particulier et pour le vieillissement surfacique des isolants :

    La distance entre les picesAir ambiant entre pices sous tension# Pour les installations qui, pour des raisons diverses, ne peuvent pas tre soumises aux essais de choc, le tableau de la publication CEI 71-2 donne, en fonction de la tension de tenue nominale aux chocs de foudre, les distances minimales respecter dans lair entre phase et terre ou entre phases.

    # Ces distances garantissent une tenue correcte pour des configurations dfavorables : altitude < 1 000 m.

    # Distances dans lair* entre les parties conductrices sous tension et les structures mises la terre donnant une tension spcifie de tenue aux chocs par temps sec :

    Tension de tenue assigne aux chocs de foudre

    Distance minimale dans lair entre phase et masse et entre phases

    Up (kV) d (mm)

    40 6060 9075 12095 160125 220

    Les valeurs des distances dans lair donnes dans le tableau ci-dessus sont les valeurs minimales dtermines par la considration des proprits dilectriques, et ne comprennent aucune des augmentations qui pourraient tre ncessites pour tenir compte des tolrances de construction, des effets des courts-circuits, des effets de vent, de la scurit du personnel, etc.

    *Ces indications sont relatives une distance travers un intervalle dair unique, sans prendre en considration le tension de claquage par cheminement le long des surfaces, lies des problmes de pollution.

    V O

    d

    U

    Production dozoneIonisation de lair Dgradation de la peau de moulage des isolants

  • AMTED300014FR_038_084.fm/40

    0Tenue dilectrique

    Lf

    Rgles de conceptionSchneider ElectricGamme: ligne de fuite

    Interface air isolant entre les pices sous tension# Il existe 4 niveaux de svrit de pollution, donns dans le tableau ci-dessous, selon CEI 60 815* :

    Tableau de choix du niveau de pollutionNiveau de pollution

    Exemple denvironnements caractristiques

    I-faible 5 zone sans industries et avec faible densit dhabitations quips dinstallations de chauffage5 zones avec faible densit dindustries ou dhabitations mais soumises frquemmentaux vents et/ou aux pluies5 rgions agricoles 15 rgions montagneuses5 toutes ces zones doivent tre situes des distances dau moins 10 km de la meret ne doivent pas tre exposes aux vents venant de la mer 2

    II-moyen 5 zones avec industries ne produisant pas de fumes particulirement polluantes et/ou avec densit moyenne dhabitations quips dinstallation de chauffage5 zones forte densit dhabitations et/ou dindustries mais soumises frquemment aux vents et/ou des chutes de pluies5 zones exposes au vent de mer, mais pas trop proche de la cte (distantes dau moins quelques kilomtres) 2

    III-fort 5 zones avec forte densit dindustries et banlieues de grandes villes avec forte densit dinstallation de chauffage polluantes5 zones situes prs de la mer, ou en tout cas exposes des vents relativement forts venant de la mer 2

    IIII-trs fort 5 zones gnralement peu tendues, soumises des poussires conductrices et des fumes industrielles produisant des dpts conducteurs particulirement pais5 zones gnralement peu tendues, trs proches de la cte et exposs aux embruns ou aux vents trs forts et aux polluants venant de la mer 25 zones dsertiques caractrises par de longues priodes sans pluies, exposes aux vents forts transportant du sable et du sel et soumises une condensation rgulire.

    *Le CEI 60 815 vous guide pour le choix des isolateurs sous pollution1 Lutilisation dengrais rpandus par pulvrisation ou le brlage des terres moissonnes peut conduire un nivau de pollution plus lev cause de la dispersion par le vent.2 Les distances au rivage dpendent de la topographie de la zone ctire et des conditions extrmes de vent.

    U OLf

  • 84.Schneider Electric

    0Degr de protectionRgles de conceptionAMTED300014FR_038_0fm/41

    GammeLe code IPIntroductionLa protection des personnes contre les contacts directs et la protection des matriels contre certaines influences externes sont exiges par les normes internationales dinstallation lectrique et produits (CEI 60 529). Connatre les degrs de protection est indispensable pour la prescription, linstallation, lexploitation et le contrle qualit du matriel.

    DfinitionsLe degr de protection est le niveau de protection cr par une enveloppe contre laccs aux parties dangereuses, la pntration des corps solides trangers et de leau. Le code IP est le systme de codification pour indiquer les degrs de protection.

    Domaine dapplicationIl est applicable aux enveloppes pour les matriels lectriques de tension assigne infrieure ou gale 72,5 kV. Il ne concerne pas le disjoncteur seul mais nanmoins le plastron doit tre adapt lorsque celui-ci est install lintrieur dune cellule (maillage des grilles de laration plus fin par exemple).

    Les diffrents IP et leur significationUne description abrge des lments du code IP est donne dans le tableau page suivante.

    Attention ! Un dclassement en temprature est

    envisager.

  • AMTED300014FR_038_084.fm/42

    0Degr de protection

    E

    Lpc

    dc

    l

    l

    S stationnaire peW intempries

    Rgles de conceptionSchneider ElectricGamme

    ndant lessai leaulment Chiffres ou lettres

    Signification pour la protection du matriel

    des personnesSignalisation

    ettre du code IPremier chiffre aractristique

    contre la pntration des corps solides trangers

    contre laccs aux parties dangereuses avec

    0 (non protg) (non protg)1 de diamtre 4 50 mm dos de la main

    2 de diamtre 4 12,5 mm doigt

    3 de diamtre 4 2,5 mm outil

    4 de diamtre 4 1 mm fil

    5 protg contre la poussire fil

    6 tanche la poussire fil

    euxime chiffre aractristique

    contre la pntration de leau avec effets nuisibles

    0 (non protg)1 gouttes deau verticales

    2 gouttes deau (15 dinclinaison)

    3 pluie

    4 projection deau

    5 projection la lance

    6 projection puissante la lance

    7 immersion temporaire

    8 immersion prolonge

    ettre additionnelle (en option) contre laccs aux parties dangereuses avec :A dos de la mainB doigtC outilD fil

    ettre supplmentaire (en option) information supplmentaire spcifique :H matriel haute tensionM mouvement pendant lessai leau

    50mm

    12,5mmX

    ~

    2,5mm

    1mm

    15

    60

  • 84.Schneider Electric

    0Degr de protectionRgles de conceptionAMTED300014FR_038_0fm/43

    Gamme

    hauteur de chute

    spcimensupportde fixationLe code IKIntroduction# Certains pays avaient ressenti le besoin de codifier aussi la protection procure par les enveloppes contre les impacts mcaniques. Pour cela ils ajoutaient un troisime chiffre caractristique au code IP (cas de la Belgique, de lEspagne, de la France et du Portugal). Mais depuis ladoption de la CEI 529 comme norme europenne, aucun pays europen ne peut avoir un code IP diffrent.

    # La CEI ayant refus jusqualors dajouter ce troisime chiffre au code IP, la seule solution pour maintenir une classification dans ce domaine tait de crer un code diffrent. Cest lobjet du projet de norme europenne EN 50102 : code IK.

    # Comme les troisimes chiffres des diffrents pays pouvaient avoir des significations diffrentes et quil a fallu introduire des niveaux supplmentaires pour couvrir les principaux besoins des normes de produit, les degrs du code IK ont une signification diffrente de celle des anciens troisimes chiffres (cf. tableau ci-dessous).

    Anciens 3mes chiffres du code IP de la NF C 20-010 (1986)

    Code IK

    IP XX1 IK 02IP XX3 IK 04IP XX5 IK 07IP XX7 IK 08IP XX9 IK 10

    Nota : pour limiter les confusions, chaque nouveau degr est indiqu par un nombre deux chiffres.

    Dfinitions# Les degrs de protection correspondent des niveaux dnergies dimpact exprims en joules : 5 choc dun marteau applique directement sur un matriel 5 choc transmis par les supports, exprims en termes de vibrations donc en frquence et acclration.

    # Les degrs de protection contre les impacts mcaniques peuvent tre vrifis par diffrents types de marteau : marteau pendulaire, marteau ressort ou marteau chute libre verticale (schma ci-dessous).

    mcanisme d'accrochagepice de frappe

    cne de dtente

    support

    pivot de pendule bouton d'armement

  • AMTED300014FR_038_084.fm/44

    0Degr de protectionRgles de conceptionSchneider ElectricGamme= OUI

    Nota :1 de la tte de frappe

    2 Fe 490-2 selon ISO 1052, de duret 50 HR 58 HR selon ISO 6508

    3 de duret HR 100 selon ISO 2039-2

    Les diffrents IK et leur significationCode IK IK 01 IK 02 IK 03 IK 04 IK 05 IK 06 IK 07 IK 08 IK 09 IK 10nergies joules 0,15 0,2 0,35 0,5 0,7 1 2 5 10 20rayon mm 1 10 10 10 10 10 10 25 25 50 50matire 1 P P P P P P A A A Aacier = A 2polyamide = P 3marteau

    pendulaire ressort vertical

  • 84.Schneider Electric

    0Disjoncteur moyenne tension

    l

    DefinitiondAMTED300014FR_038_0fm/45

    Gamme

    Introduction# Le disjoncteur est un appareil qui assure la commande et la protection dun rseau. Il est capable dtablir, de supporter et dinterrompre lescourants de service ainsi que les courants de court-circuit.

    # Le circuit principal doit supporter sans dommage :5 le courant thermique = courant de court-circuit pendant 1 ou 3 s5 le courant lectrodynamique :

    2,5 Icc pour 50 Hz (CEI)2,6 Icc pour 60 Hz (CEI)2,7 Icc (ANSI), pour constante de temps particulire (CEI)5 le courant de charge permanent.

    # Un disjoncteur tant la plupart du temps en position "ferm", le courantde charge doit circuler sans emballement thermique pendant toute ladure de vie de lappareil.

    CaractristiquesCaractristiques assignes obligatoires# Tension assigne# Niveau disolement assign# Courant assign en service continu# Courant de courte dure admissible assign # Valeur de crte du courant admissible assign# Dure du court-circuit assign# Tension assigne dalimentation des dispositifs de fermeture douvertureet des circuits auxiliaires# Frquence assigne# Pouvoir de coupure assign en court-circuit# Tension transitoire de rtablissement assigne# Pouvoir de fermeture assign en court-circuit# Squence de manuvre assigne# Dures assignes.

    Caractristiques assignes particulires# Ces caractristiques ne sont pas obligatoires mais peuvent tredemandes pour des applications spcifiques :5 pouvoir de coupure assign en discordance de phases5 pouvoir de coupure assign des cbles vide5 pouvoir de coupure assign des lignes vide5 pouvoir de coupure assign de batterie unique de condensateurs5 pouvoir de coupure assign des batteries de condensateurs en gradins5 pouvoir de fermeture assign des batteries de condensateurs5 pouvoir de coupure assign de faibles courants inductifs.

    Tension assigne (cf. 4.1 CEI 60 694)La tension assigne est la valeur efficace maximale de la tension que le matriel peut supporter en service normal. Elle est toujours suprieure la tension de service.

    # Valeurs normalises pour Ur (kV) : 3,6 - 7,2 -12 - 17,5 - 24 - 36 kV.

    La CEI 60 056 et lANSI C37-06 dfinissent d'une part

    es conditions de service, les caractristiques assignes, la conception et la construction ;

    et d'autre part les essais, le choix des commandes

    et l'installation .

    appareillage

  • AMTED300014FR_038_084.fm/46

    0Disjoncteur moyenne tension

    DLa

    109

    DefinitiondSchneider ElectricGamme

    ure du court-circuit assigne (cf. 4.7 CEI 60 694) dure de court-circuit assigne est gale 1 ou 3 secondes.

    Niveau d'isolement assign (cf. 4.2 CEI 60 056 et 60 694)# Le niveau d'isolement est caractris par deux valeurs : 5 la tenue londe de choc (1,2/50 s)5 la tenue la frquence industrielle pendant une minute.

    Tension assigne Tenue l'ondede choc

    Tenue la frquenceindustrielle

    (Ur en kV) (Up en kV) (Ud en kV)7,2 60 2012 75 2817,5 95 3824 125 5036 170 70

    Courant assign en service continu (cf. 4.4 CEI 60 694)Un disjoncteur tant toujours ferm, le courant de charge doit circuler en respectant une valeur maximale de temprature fonction des matriaux et du type de liaisons.La CEI fixe lchauffement maximal admissible des diffrents matriaux utiliss pour une temprature de lair ambiant ne dpassant pas 40 C (cf. 4.4.2 tableau 3 CEI 60 694).

    Courant de courte dure admissible (cf. 4.5 CEI 60 694)

    Scc : puissance de court-circuit (en MVA)U : tension de service (en kV)Icc : courant de court-circuit (en kA)

    Cest la valeur normalise efficace du courant de court-circuit maximaleadmissible sur un rseau pendant 1 ou 3 secondes.# Valeurs du pouvoir de coupure assign en court-circuit maximale (kA) :6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 kA.

    Valeur de crte du courant admissible (cf. 4.6 CEI 60 694)et pouvoir de fermeture (cf. 4.103 CEI 60 056)Le pouvoir de fermeture est la valeur maximale quun disjoncteur est capable dtablir et de maintenir sur une installation en court-circuit. Il doit tre suprieur ou gal la valeur crte du courant de courte dure assign. Icc tant la valeur maximale du courant de court-circuit assign pour latension assigne du disjoncteur. La valeur de crte du courant de courte dure admissible est gale :

    2,5 Icc pour 50 Hz2,6 Icc pour 60 Hz2,7 Icc pour les applications particulires.

    Ucrte (%)00

    50

    101,2 s

    50 s

    Onde normalise 1,2/50 s

    t (s)

    Icc Scc3 U

    -----------------=

    appareillage

  • 84.Schneider Electric

    0Disjoncteur moyenne tension

    Ic

    Ir

    DefinitiondAMTED300014FR_038_0fm/47

    Gamme

    dans tous les ples et ordre O

    dbut de la circulation du courant dans le premier ple

    mise sous tensiondu circuit de fermeture

    dans tous les ples

    sparation des contacts d'arc dans tous les plesTension assigne dalimentation des dispositifs de fermeture, douverture et des circuits auxiliaires (cf. 4.8 CEI 60 694)# Valeurs de tension dalimentation des circuits auxiliaires :5 en courant continu (cc) : 24 - 48 - 60 - 110 ou 125 - 220 ou 250 volts,5 en courant alternatif (ca) : 120 - 220 - 230 - 240 volts.

    # Les tensions de fonctionnement doivent se trouver dans les plagessuivantes :5 moteur et dclencheurs de fermeture :

    -15 % +10 % de Ur en cc et ca 5 dclencheurs d'ouverture :

    -30 % +10 % de Ur en cc -15 % +10 % de Ur en ca5 dclencheurs douverture minimum de tension

    Frquence assigne (cf. 4.9 CEI 60 694)Deux frquences sont actuellement utilises dans le monde : 50 Hz en Europe et 60 Hz en Amrique, quelques pays utilisent les deux frquences. La frquence assigne est de 50 Hz ou 60 Hz.

    Squence de manuvre assigne (cf. 4.104 CEI 60 056)# Squence de manuvres assigne suivant CEI, O - t - CO - t' - CO.(cf : schma ci-contre)

    O : reprsente une manuvre douvertureCO : reprsente une manuvre de fermeture

    suivie immdiatement dune manuvre douverture

    # Trois squences de manuvre assignes existent :5 lent : 0 - 3 mn - CO - 3 mn - CO5 rapide 1 : O - 0,3 s - CO - 3 mn - CO5 rapide 2 : O - 0,3 s - CO - 15 s - CONota : dautres squences peuvent tre demandes.

    # Cycle de Fermeture/OuvertureHypothse : ordre O ds que le disjoncteur est ferm.

    0 % 35 % 70 % 100 %

    le dclencheur donnel'ordre d'ouverture et interdit la fermeture

    le dclencheur doit tre sans action U

    ( 85%, le dclencheur doit permettrela fermeture de l'appareil)

    t t'

    O O OCCtemps

    c

    circulation du courant

    dplacement des contacts

    dure de fermeture-ouverture

    dure d'tablissement-coupureles contacts se touchent

    position d'ouverture

    temps

    extinction finale de l'arc

    appareillage

  • AMTED300014FR_038_084.fm/48

    0Disjoncteur moyenne tension

    #

    po2,

    tre suprieur 33,8 kA. Selon la CEI, le calibre normalis le plus proche est 40 kA.

    DefinitiondSchneider ElectricGamme

    ustrielle (Tr).En standard la CEI dfinit les quipements MT pour un %DC de 30%,ur une valeur crte du courant maximal gale 2,5 Icc en 50 Hz ou6 Icc en 60 Hz. Dans ce cas utiliser la courbe 1.# Cycle de refermeture automatiqueHypothse : ordre C ds que le disjoncteur est ouvert,(avec temporisation pour obtenir 0,3 sec ou 15 secs ou 3 min).

    Pouvoir de coupure assign en court-circuit (cf. 4.101 CEI 60 056)Le pouvoir de coupure assign en court-circuit est la valeur la plus leve du courant que le disjoncteur doit tre capable de couper sous sa tension assigne.

    # Il est caractris par deux valeurs :5 la valeur efficace de sa composante priodique, dnomme parlabrviation : "pouvoir de coupure assign en court-circuit"5 le pourcentage de la composante apriodique correspondant la dure douverture du disjoncteur laquelle on ajoute une demi-priode de la fr-quence assigne. La demi-priode correspond au temps minimaldactivation dune protection maximum de courant, soit 10 ms 50 Hz.

    # Suivant la CEI, le disjoncteur doit couper la valeur efficace de lacomposante priodique du court-circuit (= son pouvoir de coupure nominal) avec le pourcentage dasymtrie dfini par les courbes ci-dessous.

    Pourcentage de la composante apriodique (% DC) en fonction de l'intervalle de temps ()

    : dure d'ouverture du disjoncteur (Top), augmente d'une demi-priode la frquence ind

    circulation du courant circulation du courant

    dplacement des contacts

    dure d'ouverture-fermeture

    dure de refermeturedure de rtablissement

    dure de coupure-tablissement

    sparation des contacts d'arcdans tous les ples et ordre C

    extinction finale de l'arcdans tous les ples

    mise sous tensiondu dclencheurd'ouverture

    position de fermeture

    temps

    position d'ouverture

    les contacts se touchent dans tous les ples

    les contacts se touchent dans le 1er ple

    dbut de la circulationdu courant dans le premier ple

    Exemple 1 :# Pour un disjoncteur de dure d'ouvertureminimum de 45 ms (Top) auquel on ajoute10 ms (Tr) d au relayage, le graphiquenous donne un pourcentage de composanteapriodique d'environ 30 % pour uneconstante de temps 1 = 45 ms :

    %DC e45 10+( )

    45--------------------------- 29 5, %= =

    Exemple 2 :# Supposons que le % DC dun disjoncteur MT soit gal 65 % et que le courant decourt-circuit symtrique calcul (Isym) soit gal 27 kA.A quoi est gal Iasym ?

    [A]

    # En se basant sur la formule [A], ceci quivaut un courant de court-circuit symtrique de calibre :

    pour un %DC de 30%.

    # Le calibre du disjoncteur devra donc

    Iasym Isym 1 2%DC( )100-----------------

    2+=

    27kA 1 2 0,65( )2+=

    36 7k, A=

    36 7k, A1 086,-------------------- 33 8kA,=

    } 0090

    10

    80706050403020

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    1= 45 ms

    4= 120 ms(constante de temps alternative)

    (constante de temps normalise) (ms)

    % DC

    appareillage

  • 84.Schneider Electric

    0Disjoncteur moyenne tension

    DefinitiondAMTED300014FR_038_0fm/49

    Gamme

    nsion une tension simple sappelle facteur de premier ple, il est gal1,5 pour les tensions jusqu' 72,5 kV.

    # Pour les circuits faiblement rsistifs comme les arrives gnrateurs, %DC peut tre plus grande, avec une valeur crte du courant maximalgale 2,7 Icc. Dans ce cas utiliser la courbe 4.Pour toutes les constantes comprises entre 1 et 4, utiliser la formule :

    # Valeurs de pouvoir de coupure assign en court-circuit :6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 - 100 kA.

    # Les essais de coupure en court-circuit doivent rpondre aux 5 squences d'essais suivantes :Squence % Isym. % composante

    apriodique %DC1 10 202 20 203 60 204 100 205* 100 selon formule * pour des disjoncteurs ouvrant en moins de 80 ms

    IMCIACIdc%DC

    ::::

    courant tablivaleur de crte de la composante priodique (Icc crte)valeur de la composante apriodique% d'asymtrie ou composante apriodique :

    # Courant de court-circuit symtrique (en kA) :

    # Courant de court-circuit asymtrique (en kA) :

    Tension Transitoire de Rtablissement assigne (TTR) (cf. 4.102 CEI 60 056)Cest la tension qui apparat entre les bornes dun ple de disjoncteuraprs linterruption du courant. La forme donde de la tension dertablissement est variable suivant la configuration relle des circuits.Un disjoncteur doit tre capable dinterrompre un courant donn pourtoute tension de rtablissement dont la valeur reste infrieure la TTRassigne.

    # Facteur de premier plePour les circuits triphass, la TTR se rfre au ple qui coupe le premier, cest--dire la tension aux bornes du ple ouvert. Le rapport de cettete

    % DC 100 eTop Tr+( )1 ... 4,,

    ---------------------------------

    =

    I (A)

    t (s)IMC

    IDC

    IAC

    IDCIAC-------- 100 100 e

    Top Tr+( ) 1 ... 4,,( )--------------------------------

    =

    Isym IAC2

    -------=

    Iasym2 I2AC I2DC+=

    Iasym Isym 1 2 %DC100-----------

    2+=

    appareillage

  • AMTED300014FR_038_084.fm/50

    0Disjoncteur moyenne tension

    2436

    Dfinitiond

    UAsi

    tSchneider ElectricGamme

    ,5 45 144 0,3161 176 0,3592 216 0,43# Valeur de la TTR assigne5 la TTR est fonction de lasymtrie, elle est donne pour une asymtrie de 0%

    Tension Valeur Temps Retard Vitesseassigne de la TTR daccroissement(Ur en kV) (Uc en kV) (t3 en s) (td en s) (Uc/td en kV/s)

    7,2 12,3 52 8 0,2412 20,6 60 9 0,3417,5 30 72 11 0,4224 41 88 13 0,4736 62 108 16 0,57

    5 Reprsentation dune TTR spcifie par un trac de rfrence deuxparamtres et par un segment de droite dfinissant un retard

    Td : temps de retardt3 : temps mis pour atteindre UcUc : tension de crte de la TTR en kVVitesse dacroissement de la TTR : Uc/t3 en kV/s

    Pouvoir de coupure assign en discordancede phases (cf. 4.106 CEI 60 056)Lorsquun disjoncteur est ouvert et que les conducteurs de part et dautrene sont pas synchrones, la tension entre ses bornes peut crotre jusqu la somme des tensions des conducteurs (opposition de phases).

    # En pratique, la norme demande au disjoncteur de couper un courantgal 25 % du courant de dfaut aux bornes, sous une tension galeau double de la tension par rapport la terre.

    # Si Ur est la tension assigne du disjoncteur, la tension de rtablissement(TTR) frquence industrielle est gale :5 2 Ur pour les rseaux dont le neutre est direct la terre5 2.5 Ur pour les autres rseaux.

    # Valeurs crte de la TTR pour les rseaux autres que ceux avec neutre la terre :

    Tension Valeur Temps Vitesseassigne de la TTR daccroissement(Ur en kV) (Uc en kV) (t3 en s) (Uc/td en kV/s)

    7,2 18,4 104 0,1812 30,6 120 0,2617

    Uc 1 4, 1 5, 23

    ------- Ur 1 715Ur,==

    td 0 15t3,=

    3

    Uc 1 25, 2 5, 32

    ------- Ur=

    appareillage

    - UB = U1 - (-U2) = U1 + U2U1 = U2 alors UA - UB = 2U

    U (kV)Uc

    0d

    t3t (s)

    X1 X2A B

    U1 U2G G

  • 84.Schneider Electric

    0Disjoncteur moyenne tension

    #

    Dfinitiond

    G

    C1 C2 C3AMTED300014FR_038_0fm/51

    Gamme

    Si n est gal au nombre de gradins, alors la surtension est gale :2n

    2n 1+---------------- pu avec pu Ur23

    -------=Pouvoir de coupure assign des cbles vide(cf. 4 .108 CEI 60 056)La spcification dun pouvoir de coupure assign pour un disjoncteursitu en tte de cbles vide nest pas obligatoire et est considrecomme non ncessaire pour des tensions 24 kV.

    # Valeurs normales du pouvoir de coupure assign pour un disjoncteursitu en tte de cbles vide :

    Tension assigne Pouvoir de coupure assigndes cbles vide

    (Ur en kV) (Ic en kA)7,2 1012 2517,5 31,524 31,536 50

    Pouvoir de coupure assign des lignes vide(cf. 4 .107 CEI 60 056)La spcification dun pouvoir de coupure assign pour un disjoncteur demanoeuvre situ en tte de lignes vide est limit aux lignes ariennestriphases et de tension assigne 72 kV.

    Pouvoir de coupure assign de batterie unique decondensateurs (cf. 4 .109 CEI 60 056)La spcification dun pouvoir de coupure dun disjoncteur de manoeuvresitu en amont de condensateurs nest pas obligatoire. A cause de laprsence dharmoniques, le pouvoir de coupure condensateurs est gal 0,7 fois la valeur du courant assign de lappareil.

    Courant assign Pouvoir de coupure condensateurs(A) (A)

    400 280630 4401250 8752500 17503150 2200

    Par dfinition

    # La valeur normale de la surtension obtenue est gale 2,5 pu, soit :

    2,5 Ur

    Pouvoir de coupure assign de batterie decondensateurs en gradins (cf. 4.110 CEI 60 056)La spcification dun pouvoir de coupure condensateurs en grandis nestpas obligatoire.

    pu Ur 23

    -------=

    23

    -------

    appareillage

    L A B

    UG C

    Ic

    X1

    U

  • AMTED300014FR_038_084.fm/52

    0Disjoncteur moyenne tensionDfinitiond

    Am

    m

    vaSchneider ElectricGamme

    mbiante instantane Intrieure Extrieureinimale -5C -25Caximale +40C +40Cleur maxi moyenne journalire 35C 35CPouvoir de fermeture assign de batteries de condensateurs (cf. 4.111 CEI 60 056)Le pouvoir de fermeture assign de batteries de condensateurs est la valeur crte du courant que le disjoncteur doit tre capable dtablir sous sa tension assigne. La valeur du pouvoir de fermeture assign du disjoncteur doit tre suprieure la valeur du courant denclenchement de la batterie de condensateurs. En service, la frquence du courant dappel est normalement dans la zone 2 - 5 kHz.

    Isolement Essai 50 (60) Hz Essai chocvaleur efficace

    Entre spire (4 Ur + 5) kV4,9 pu + 5 = 31 kV 6,6 kV(50% sur un chantillon)temps de monte 0,5 s

    Par rapport (2 Ur + 5) kV (4 Ur + 5) kV la terre 2Ur + 1 2(2Ur + 1) 0 4,9 pu + 5 = 31 kV 6,6 kV

    14 kV 28 kV 0 temps de monte 1,2 s

    1 kV/s

    1 mn0t

    U

    UmUc

    Uf

    Uif

    UdUp

    t

    appareillage

    Pouvoir de coupure assign de faibles courants inductifs (cf. 4.112 CEI 60 056)La coupure dun courant faiblement inductif (quelques ampres quelques dizaines dampres) provoque des surtensions. Le type de disjoncteur sera choisi afin que les surtensions qui apparaissent nendommagent pas lisolement des rcepteurs (transformateurs, moteurs).

    # La figure ci-contre reprsente les diffrentes tensions ct chargeUf : valeur instantane de la tension rseauUc : tension rseau l'instant de la coupureUm : point d'extinctionUif : surtension par rapport la terreUp : surtension maximale rapport la terreUd : amplitude maximale crte--crte de la surtension

    due au ramorage.

    Conditions normales de fonctionnement (cf. CEI 60 694)Pour tout matriel fonctionnant dans dautres conditions que celles dcrites ci-dessous, un dclassement est prvoir (voir chapitre dclassement). Les matriels sont conus pour un fonctionnement normal aux conditions suivantes :

    # Temprature0C Installation

    # Niveaux disolement des moteursLa CEI 60 034 stipule les niveaux disolement des moteurs. Les essais de tenue frquence industrielle et aux chocs sont donns par le tableauci-dessous (niveaux disolement nominaux pour machines tournantes).

  • 84.Schneider Electric

    0Disjoncteur moyenne tensionDfinitiond

    162540AMTED300014FR_038_0fm/53

    Gamme

    630 1250 16001250 1600 25001250 1600 2500 3150# AltitudeL'altitude ne doit pas dpasser 1 000 mtres.

    # Humidit

    24 heures 95 %1 mois 90 %

    appareillage

    Valeur moyenne de l'humidit relative Matriel intrieurpour une priode

    Endurance mcaniqueLendurance mcanique demande par la recommandation est de 2 000 manuvres. Les disjoncteurs Merlin Gerin assurent 10 000 manuvres.

    Tension Pouvoir de coupure Courant assign en service continuassigne assign en court-circuitUr (kV) Icc (kV) Ir (A)

    3,6 10 40016 630 125025 1250 1600 250040 1250 1600 2500 3150

    7,2 8 40012,5 400 630 125016 630 1250 160025 630 1250 1600 250040 1250 1600 2500 3150

    12 8 40012,5 400 630 125016 630 1250 160025 630 1250 1600 250040 1250 1600 2500 315050 1250 1600 2500 3150

    17,5 8 400 630 125012,5 630 125016 630 125025 125040 1250 1600 2500 3150

    24 8 400 630 125012,5 630 125016 630 125025 1250 1600 250040 1250 1600 2500 3150

    36 8 63012,5 630 1250

    Endurance lectriqueLendurance lectrique demande par la recommandation est de 3 coupures Icc. Les disjoncteurs Merlin Gerin assurent au minimum 15 fois la coupure Icc.

    Coordination des valeurs assignes (cf. CEI 60 056)

  • AMTED300014FR_038_084.fm/54

    0

    0Transformateur de courant DfinitiondSchneider ElectricGammell est destin donner au secondaire un courant proportionnel aucourant primaire.

    Rapport de transformation (Kn)

    Nota: les transformateurs de courant doivent tre conformes la norme CEI 185 mais peuvent tre galement dfinis par les normes BS 3938 et ANSI.

    # Il est constitu dun ou plusieurs enroulements primaires autour dun ouplusieurs enroulements secondaires ayant chacun leur circuit magntique, le tout enrob dans une rsine isolante.

    # Il est dangereux de laisser un TC en circuit ouvert car des tensions dangereuses pour le personnel et le matriel peuvent apparatre ses bornes.

    Caractristiques du circuit primaire selon normes CEIFrquence assigne (fr)Un TC dfini 50 Hz pourra tre install sur un rseau 60 Hz. Sa prcision est conserve. Linverse nest pas vrai.

    Tension assigne du circuit primaire (Upr)# Cas gnral :

    La tension assigne fixe le niveau disolement du matriel (voir chapitre "Introduction" du guide). Gnralement, nous choisirons la tension assigne du TC partir de la tension de service U de linstallation, suivant le tableau :

    # Cas particulier :Le TC est un tore BT install sur une traverse ou sur un cble.

    Lisolation dilectrique est assure par lisolant du cble ou de la traverse et lair situ entre eux. Le TC tore est lui mme isol.

    Kn lprIsr--------N2N1-------= =

    Attention ! Ne jamais laisser un TC sur circuit ouvert.

    Tension assigne TC tension assigne de linstallation

    U 3,3 5 5,5 6,6 106 11 13,8 15 20 22 30 33

    Upr 7,2 kV

    12 kV

    17,5 kV

    24 kV

    36 kV

    cble ou traverse

    TC toreisolant

    isolant

    air

    appareillage

    (traverse avec ou sansgaine isolante)

  • 84.Schneider Electric

    0

    0Transformateur de courant

    0

    0

    DfinitiondAMTED300014FR_038_0fm/55

    Gamme

    gn et ceci conformment la norme.Courant de service primaire (Ips)Le courant primaire de service I (kA) dune installation (un dpart transformateur par exemple) est gale au courant de service primaire du TC (Ips) en tenant compte des dclassements ventuels.# Si :S : puissance apparente en kVAU : tension primaire de service en kVP : puissance active du moteur en kWQ : puissance ractive des condensate