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LES TECHNIQUES LES TECHNIQUES DE DE COUPURES COUPURES La Distributio n La Distr

LES TECHNIQUES LES TECHNIQUES DE DE COUPURES COUPURES La Distributio n La Distributio n La production La production Le transport Le transport 1 Introduction Depuis les centrales de production, l’énergie électrique est acheminée jusqu’aux points de consommation par un réseau électrique schématisé sur la figure 1. Fig. 1 : schéma d’un réseau électrique. Poste de transformation MT/BT Poste de transformation HT/MT Poste de transformation THT/HT CENTRALE DE PRODUCTION Abonné BT Abonné MT Abonné HT Il est indispensable de pouvoir couper le courant en tout point du réseau pour des raisons d’exploitation et de maintenance ou pour protéger le réseau lorsqu’il y a un défaut. Il faut également pouvoir le rétablir dans diverses situations normales ou de défaut. Pour cela on emploie des appareils de déconnexion dont le choix dépend de la nature des courants à couper et du domaine d’application. Ces courants peuvent être classés en trois catégories : Courants de charge Courant de surcharge, Courant de court-circuit Courants de charge Courants de charge, , par principe, inférieurs ou égaux au courant assigné Ir. Le courant assigné Ir est la valeur efficace du courant que le matériel doit être capable de supporter indéfiniment dans des conditions prescrites d’emploi et de fonctionnement. Courant de surcharge Courant de surcharge, , lorsque le courant dépasse sa valeur assignée. Courant de court-circuit Courant de court-circuit, , lors d’un défaut sur le réseau, dont la valeur dépend de la puissance de la source, du type de défaut et des impédances amont du circuit. De plus, que ce soit à l’ouverture, à la fermeture ou en service continu, tous ces appareils sont soumis à des contraintes : • diélectriques (tension), • thermiques (courants normaux et courants de défaut), • électrodynamiques (courant de défaut), • mécaniques. Les contraintes les plus importantes sont liées aux Les contraintes les plus importantes sont liées aux phénomènes transitoires qui interviennent lors des manœuvres phénomènes transitoires qui interviennent lors des manœuvres et lors des coupures avec l’arc électrique de courants de et lors des coupures avec l’arc électrique de courants de défaut. défaut. Cet arc a un comportement difficile à prédéterminer malgré les Cet arc a un comportement difficile à prédéterminer malgré les techniques actuelles de modélisation. techniques actuelles de modélisation. L’expérience, le savoir-faire et l’expérimentation contribuent L’expérience, le savoir-faire et l’expérimentation contribuent donc toujours et dans une large mesure à la conception des donc toujours et dans une large mesure à la conception des appareils de coupure. appareils de coupure. Ces appareils sont dits Ces appareils sont dits « électromécaniques » « électromécaniques » car, aujourd’hui encore, car, aujourd’hui encore, la coupure statique en moyenne et haute tension n’est pas la coupure statique en moyenne et haute tension n’est pas technico-économiquement envisageable. technico-économiquement envisageable. Et, parmi tous les appareils de déconnexion Et, parmi tous les appareils de déconnexion les disjoncteurs les disjoncteurs sont les plus intéressants car ils sont capables d’établir, sont les plus intéressants car ils sont capables d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans des conditions de supporter et d’interrompre des courants dans des conditions normales et anormales normales et anormales (court-circuit). (court-circuit). Nous traiterons donc principalement Nous traiterons donc principalement de la coupure du courant alternatif par de la coupure du courant alternatif par le disjoncteur le disjoncteur. . Le domaine de tension considéré est celui Le domaine de tension considéré est celui de la Moyenne et la haute tension (22 KV & 60 kV), de la Moyenne et la haute tension (22 KV & 60 kV), car c’est dans ce niveau de tension qu’il existe car c’est dans ce niveau de tension qu’il existe le plus grand nombre de techniques de coupure. le plus grand nombre de techniques de coupure. L’étude des phénomènes apparaissant lors de la coupure et de la L’étude des phénomènes apparaissant lors de la coupure et de la fermeture qui constitue la première partie de ce document. fermeture qui constitue la première partie de ce document. La deuxième partie présente les quatre types de techniques de La deuxième partie présente les quatre types de techniques de coupure actuellement les plus répandues, à savoir les techniques de coupure actuellement les plus répandues, à savoir les techniques de coupure dans l’air, l’huile, le vide et le SF6. coupure dans l’air, l’huile, le vide et le SF6. Principe de la coupure Principe de la coupure Un appareil de coupure idéal serait un appareil capable d’interrompre le courant instantanément, or aucun appareil mécanique n’est capable de couper le courant sans l’aide de l’arc électrique qui dissipe l’énergie électromagnétique du circuit électrique, limite les surtensions, mais retarde la coupure totale du courant. En théorie, pouvoir interrompre instantanément un courant c’est être capable de passer directement de l’état conducteur à l’état isolant. La résistance d’un tel interrupteur « idéal » doit donc passer immédiatement de zéro à l’infini L’interrupteur idéal L’interrupteur idéal Cet appareil devrait être capable : • d’absorber toute l’énergie électromagnétique accumulée dans le circuit avant la coupure, soit, en cas de court-circuit, du fait de la nature selfique des réseaux, • de supporter la surtension qui apparaît à ses bornes et aurait une valeur infinie si le passage isolant conducteur se faisait en un temps infiniment petit, ce qui conduirait inévitablement au claquage diélectrique. En imaginant que ces difficultés soient éliminées en réalisant une synchronisation parfaite entre le passage naturel à zéro du courant, et la transition isolant conducteur de l’appareil un autre phénomène tout aussi délicat doit être surmonté, celui de la tension transitoire de rétablissement (TTR). L’interrupteur idéal suite L’interrupteur idéal suite En effet, juste après l’interruption du courant, En effet, juste après l’interruption du courant, la tension (de rétablissement) au bornes de l’interrupteur rejoint la tension (de rétablissement) au bornes de l’interrupteur rejoint la tension du réseau qui est maximale à cet instant là pour la tension du réseau qui est maximale à cet instant là pour les circuits inductifs. les circuits inductifs. Ceci se fait sans discontinuité Ceci se fait sans discontinuité brutale du fait des capacités parasites du réseau. brutale du fait des capacités parasites du réseau. Un régime transitoire s’établit alors assurant le raccordement Un régime transitoire s’établit alors assurant le raccordement de la tension à celle du réseau. de la tension à celle du réseau. Cette tension appelée: Cette tension appelée: tension transitoire de rétablissement (TTR) dépend des tension transitoire de rétablissement (TTR) dépend des caractéristiques du réseau (circuit R L C) caractéristiques du réseau (circuit R L C) et sa vitesse de croissance peut être considérable et sa vitesse de croissance peut être considérable (de l’ordre du kV/ms). (de l’ordre du kV/ms). En simplifiant, cela signifie que, pour éviter l’échec de la coupure, En simplifiant, cela signifie que, pour éviter l’échec de la coupure, l’interrupteur idéal doit pouvoir supporter plusieurs kV en moins l’interrupteur idéal doit pouvoir supporter plusieurs kV en moins d’un micro seconde après la transition d’un micro seconde après la transition conducteur conducteur == ==  isolant. isolant. Principe de la coupure Principe de la coupure Deux raisons expliquent l’existence d’un arc : Deux raisons expliquent l’existence d’un arc : 1) Il est quasiment impossible de séparer les contacts très exactement 1) Il est quasiment impossible de séparer les contacts très exactement au zéro naturel de courant du fait de l’incertitude mesure commande: au zéro naturel de courant du fait de l’incertitude mesure commande: Pour une valeur efficace de 10 kA, le courant instantané 1 ms avant d’atteindre Pour une valeur efficace de 10 kA, le courant instantané 1 ms avant d’atteindre son zéro vaut encore 3000 A. son zéro vaut encore 3000 A. La surtension instantanée qui apparaîtrait aux bornes La surtension instantanée qui apparaîtrait aux bornes de l’appareil si celui-ci devenait immédiatement isolant serait infinie et entraînerait de l’appareil si celui-ci devenait immédiatement isolant serait infinie et entraînerait le claquage immédiat de l’espace inter contacts encore faible. le claquage immédiat de l’espace inter contacts encore faible. 2) La séparation des contacts doit se faire à une vitesse suffisante 2) La séparation des contacts doit se faire à une vitesse suffisante pour que la tenue diélectrique entre les contacts soit supérieure pour que la tenue diélectrique entre les contacts soit supérieure à la tension transitoire de rétablissement. Cela nécessite une énergie mécanique à la tension transitoire de rétablissement. Cela nécessite une énergie mécanique proche de l’infini qu’en pratique aucun appareil ne peut fournir. proche de l’infini qu’en pratique aucun appareil ne peut fournir. Examinons le processus de coupure avec un arc électrique. Examinons le processus de coupure avec un arc électrique. Il est constitué de trois périodes : Il est constitué de trois périodes : - la période d’attente, - la période d’attente, - la période d’extinction, - la période d’extinction, - la période post-arc. - la période post-arc. le processus de coupure avec un arc le processus de coupure avec un arc électrique. électrique. le processus de coupure avec un arc le processus de coupure avec un arc électrique. électrique. La période d’attente La période d’attente La période d’attente La période d’attente uploads/Industriel/ 1-technique-de-coupure.pdf