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.......................................................................... Collection T echnique Cahier technique n° 192 Protection des transformateurs de postes MT/BT D. Fulchiron I Merlin Gerin I Modicon I Square D I Telemecanique Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider. code : http://www.schneider-electric.com rubrique : maîtrise de l’électricité Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » du groupe Schneider. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider n° (à préciser) ». Didier FULCHIRON Diplômé de l’Ecole Supérieure d’Electricité en 1980, il rejoint les services techniques de Merlin Gerin dès 1981, à la station d’essais à grande puissance. Maintenant, à la Division Moyenne Tension, il exploite sa connaissance des applications de distribution publique pour l’expertise, la prescription, la normalisation. n° 192 Protection des transformateurs de postes MT/BT CT192 édition avril 1998 Cahier Technique Schneider n° 192 / p.2 Lexique Courant de transition : Valeur du courant triphasé symétrique pour laquelle les fusibles et l’interrupteur échangent la fonction de coupure (dans un combiné interrupteur-fusibles) (CEI 420). Courant d’intersection : Valeur du courant correspondant à l’intersection des caractéristiques temps-courant de deux dispositifs de protection à maximum de courant (VEI 441-17-16). DGPT : Dispositif utilisable sur les transformateurs immergés à remplissage total et regroupant les surveillances de Dégagement Gazeux, Pression et Température. Foisonnement : Diversité technique et/ou temporelle des utilisa- tions d’un réseau qui permet de tabler sur une puissance maximum appelée très inférieure à la somme des puissances maximales individuelles. Onde coupée : Partie d’une onde de surtension, généralement de foudre, qui continue à se propager au-delà de l’amorçage d’un intervalle d’air (éclateur ou contournement d’isolateur). Le front descendant très rapide généré par l’amorçage présente une grande sévérité pour certains matériels. Cahier Technique Schneider n° 192 / p.3 Protection des transformateurs de postes MT/BT Les choix concernant la protection des transformateurs MT/BT peuvent paraître simples car ils résultent souvent des habitudes des concepteurs de réseaux électriques, voire d’une politique dictée par des considérations technico-économiques. En fait, les choix sont à faire en fonction de la technologie des transformateurs, des types de charges qu’ils alimentent, et surtout des agressions qu’ils subissent. Ce Cahier Technique fait le tour des contraintes auxquelles les transformateurs sont soumis en exploitation, des conséquences de ces contraintes et présente les différentes protections qui peuvent être utilisées. Il est nécessairement simplificateur, du fait de la multitude de critères et de solutions. L'électricien doit toutefois trouver dans ce cahier les principales informations nécessaires pour faire les bons choix. Sommaire 1. Introduction 1.1 Transformateurs MT/BT et politique de protection p. 4 1.2 Rappels sur les transformateurs, leur technologie et leur utilisation p. 5 2. Contraintes en exploitation et 2.1 Mises sous et hors tension p. 7 2.2 Surtensions externes p. 7 2.3 Surcharges p. 9 2.4 Courts-circuits sur le réseau BT p. 10 2.5 Evolution des défauts internes p. 10 2.6 Défauts liés à la technologie p. 13 3. Protection contre les surtensions 3.1 Généralités p. 14 3.2 Eclateurs et parafoudres p. 14 4. Protection contre les surcharges 4.1 Protection par mesure de courant p. 16 4.2 Protection par la mesure de température p. 17 5. Protection par fusibles MT et 5.1 Caractéristiques des fusibles MT p. 18 5.2 Limites des fusibles p. 19 5.3 Utilisation d'un combiné interrupteur-fusibles p. 21 6. Protection par disjoncteur MT, organes de 6.1 Critères de choix d'une courbe de déclenchement p. 22 6.2 Avantages d'une protection terre p. 24 6.3 Les protections autonomes : Time Fuse Links (TFL) et relais p. 24 6.4 Les protections à source auxiliaire : DGPT, sondes et relais p. 25 7. Conclusion p. 27 Annexe 1 : règles de sélection d'un fusible pour protéger un transformateur p. 29 Annexe 2 : calcul des courants de transition et d'intersection d'un combiné interrupteur-fusibles p. 30 Bibliographie p. 32 Logigramme des situations, critères et solutions modes de défaillance combinés interrupteur-fusibles déclenchement associés Cahier Technique Schneider n° 192 / p.4 1 Introduction 1.1 Transformateurs MT/BT et politique de protection Les raisons d'être des transformateurs Dans les réseaux de distribution ils permettent : c de minimiser les pertes d'énergie par effet Joule ; une élévation de tension d'un rapport 10 conduit à réduire ces pertes d'un facteur 100 (Pertes = R (Pappelée / U)2), c de minimiser les chutes de tensions, résistives (R) et réactives (X) à puissance transitée (U I cosφ) donnée (∆ U ≈R I cosφ + X I sinφ), c éventuellement, d'assurer une séparation galvanique entre réseaux de même tension (limite de propriété, changement de régime de neutre...). Bien qu'il soit rare d'interrompre volontairement une distribution d'énergie, on a néanmoins besoin de « manœuvrer » les transformateurs dans les conditions normales d'exploitation, par exemple : c pour reconfigurer le réseau, c pour raisons de maintenance ou de sécurité, c pour répondre à une pointe de consommation, c pour mettre en route ou arrêter un process. Ces opérations sont faites avec le transforma- teur en ou hors charge et cela peut changer notablement les conditions de manœuvre et les phénomènes électriques transitoires résultants. Les transformateurs de distribution sont des appareils passifs d'une très grande fiabilité dont la durée de vie est de plusieurs dizaines d'années. Un distributeur norvégien a fait état d'un taux annuel d'incident de 0,09 % (9 pour 10 000), toutes causes confondues, sur un parc de 5 000 transformateurs suivis sur quatre années. Pour les réseaux souterrains, le taux d'incidents observé reste toujours inférieur à 0,2 % ; il peut monter jusqu'à 0,5 % sur certains réseaux aériens. Ce sont souvent des critères d'obsolescence - évolution des niveaux de puissance ou de tension - qui entraînent leur remplacement. Les défauts en service sont très rares, mais le besoin de sécurité des biens et des personnes, ainsi que de continuité de service entraîne néanmoins l’utilisation de protections. Les contraintes subies par les transformateurs Les transformateurs sont soumis à de nombreuses contraintes électriques externes en provenance de l'amont et de l'aval. Les conséquences d'une défaillance éventuelle peuvent être très lourdes en termes de dégâts ainsi qu'en termes de perte d'exploitation. Les transformateurs doivent donc être protégés contre les agressions d'origine externe d'une part, et séparés du réseau en cas de défaillance interne d'autre part. Le terme de « protection transformateur » est très souvent associé à l’action de déconnexion du réseau, alors même que le transformateur est déjà défaillant, et l'amalgame est fait entre des mesures préventives (surtensions, défaut aval, surcharges, température) et des mesures cura- tives d'élimination du transformateur en défaut. Politique de protection Il est du ressort du concepteur de réseau électrique de définir les mesures à mettre en œuvre au niveau de chaque transformateur, en fonction des critères de continuité et de qualité de service, de coût d'investissement et d'usage, de sécurité des biens et des personnes ainsi que du niveau de risque admissible. Les solutions retenues sont toujours un compromis entre ces différents critères et il est important que les avantages et les faiblesses du compromis retenu soient bien identifiés. Par exemple, un même exploitant, distributeur d'énergie, peut retenir des solutions très différentes sur les parties du réseau, urbaines et rurales, car les critères de puissance unitaire, de coût, de conséquences en cas d'incident, ne sont pas les mêmes. La grande fiabilité des transformateurs est un élément déterminant dans les choix réalisés par les distributeurs, face au coût unitaire des organes de protection qui peuvent être associés. Elle justifie par exemple que l'on ne cherche pas à protéger le transformateur, en tant que sauvegarde du matériel, mais qu'on se contente de limiter les conséquences d'une défaillance. Certains choix usuels, bien que non systématiques illustrent la situation, comme : c la « protection » exclusivement ciblée « prévention du risque d'explosion et sauvegarde du réseau MT » pour les transformateurs raccordés au réseau de distribution publique, c la surveillance en température des transformateurs d'installations industrielles ou tertiaires dans lesquelles des plans de délestage peuvent être mis en œuvre, c la non surveillance en surcharge des transforma- teurs de distribution publique ; le foisonnement des clients rend la situation de uploads/Industriel/ protection-des-transformateurs-mtbt-full-permission.pdf