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Cahier technique n° 158 Calcul des courants de court-circuit B. de Metz-Noblat

Cahier technique n° 158 Calcul des courants de court-circuit B. de Metz-Noblat F. Dumas G. Thomasset .......................................................................... Collection T echnique 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 Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Le rendez-vous des experts Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. 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 Electric n° (à préciser) ». Benoît de METZ-NOBLAT Ingénieur ESE, a travaillé dans le Groupe Saint-Gobain comme ingénieur de recherche, puis en maintenance et travaux neufs dans un site de production. Entré chez Schneider Electric en 1986, il est responsable du service «Electrotechnique et Réseaux Electriques» à la Direction Scientifique et Technique. Frédéric DUMAS Docteur Ingénieur de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC) en 1993. Entré chez Schneider Electric en 1993, il travaille dans le groupe «Electrotechnique et Réseaux Electriques» à la Direction Scientifique et Technique. Il a en charge des projets de recherche sur les réseaux électriques industriels et de distribution ainsi que le développement de logiciels de calculs électrotechniques. Georges THOMASSET Diplômé ingénieur de l’Institut d’Electrotechnique de Grenoble (IEG) en 1971, il a réalisé depuis des études de conception de réseaux industriels complexes au sein de la Direction Technique Merlin Gerin. Après avoir dirigé le bureau d'études «distribution publique Moyenne Tension et installations hydroélectriques» il est, en 1984, responsable du service technique de l'unité industrie du département de réalisation d'ensembles. Depuis 1996, il est responsable du développement technique de l'offre et réseaux électriques de la Direction des applications, équipements et service de Schneider Electric. n° 158 Calcul des courants de court-circuit CT 158 édition octobre 2000 Cahier Technique Schneider Electric n° 158 / p.2 Lexique Abréviations PdC pouvoir de coupure. TGBT tableau général basse tension. Symboles α angle d’enclenchement (apparition du défaut par rapport au zéro de tension). c facteur de tension. cos ϕ facteur de puissance (en l'absence d'harmoniques). e force électromotrice. E force électromotrice (valeur maximale). ϕ angle de déphasage (courant par rapport à la tension). i courant instantané. ia composante alternative sinusoïdale du courant instantané. ic composante continue du courant instantané. ip valeur maximale du courant (première crête du courant de défaut). I intensité efficace maximale. Ib courant de court-circuit coupé (CEI 909). Icc intensité de court-circuit permanent (Icc3 = triphasé, Icc2 = biphasé, …). Ik intensité de court-circuit permanent (CEI 909). Ik” courant de court-circuit initial (CEI 909). Ir courant assigné de l’alternateur. Is intensité de service. λ facteur dépendant de l’inductance de saturation d’un alternateur. k et K constantes données (tableaux ou abaques). Ra résistance équivalente du réseau amont. RL résistance linéique des lignes. S section des conducteurs. Scc puissance de court-circuit. Sn puissance apparente du transformateur. tmin temps mort minimal d’établissement du court-circuit, souvent égal au temps de retard d’un disjoncteur. u tension instantanée. ucc tension de court-circuit d’un transformateur, exprimée en %. U tension composée du réseau hors charge. Un tension nominale en charge du réseau. x réactance en % des machines tournantes. Xa réactance équivalente du réseau amont. XL réactance linéique des lignes. Xsubt réactance subtransitoire de l'alternateur. Za impédance équivalente du réseau amont. Zcc impédance amont du réseau sur défaut triphasé. Zd , Zi , Zo impédances directe, inverse et homopolaire d’un réseau, ou d’un élément. ZL impédance de liaison. Cahier Technique Schneider Electric n° 158 / p.3 Calcul des courants de court-circuit Sommaire 1 Introduction p. 4 1.1 Les principaux défauts de court-circuit p. 5 1.2 Etablissement de l’intensité de court-circuit p. 7 1.3 Normes et calculs des Icc p. 10 1.4 Les méthodes présentées dans ce Cahier Technique p. 11 1.5 Les hypothèses de base p. 11 2 Calcul des Icc par la méthode 2.1 Icc selon les différents types de court-circuit p. 12 2.2 Détermination des diverses impédances de court-circuit p. 13 2.3 Relations entre les impédances des différents étages de tension p. 18 d’une installation 2.4 Exemple de calcul p. 19 3 Calcul des Icc dans les réseaux 3.1 Intérêt de cette méthode p. 23 3.2 Rappel sur les composantes symétriques p. 23 3.3 Calcul selon la norme CEI 60909 p. 24 3.4 Equations des différents courants p. 26 3.5 Exemple de calcul p. 27 4 Calculs par ordinateur et conclusion p. 31 Bibliographie p. 32 Le dimensionnement d’une installation électrique et des matériels à mettre en œuvre, la détermination des protections des personnes et des biens, nécessitent le calcul des courants de court-circuit en tout point du réseau. Ce Cahier Technique fait le point sur les méthodes de calcul des courants de court-circuit prévues par les normes UTE C 15-105 et CEI 60909. Il traite du cas des circuits radiaux BT -Basse Tension- et HT -Haute Tension-. L’objectif poursuivi est de bien faire connaître les méthodes de calcul pour déterminer en toute connaissance de cause les courants de court-circuit, même en cas d’utilisation de moyens informatiques. radiaux à l’aide des composantes symétriques des impédances Cahier Technique Schneider Electric n° 158 / p.4 1 Introduction Fig. 1 : procédure de calcul d’Icc pour la conception d’une installation électrique. Toute installation électrique doit être protégée contre les courts-circuits et ceci, sauf exception, chaque fois qu’il y a une discontinuité électrique, ce qui correspond le plus généralement à un changement de section des conducteurs. L’intensité du courant de court-circuit est à calculer aux différents étages de l’installation ; ceci pour pouvoir déterminer les caractéristiques du matériel qui doit supporter ou couper ce courant de défaut. L’organigramme de la figure 1 montre l’approche qui conduit aux différents courants de court-circuit et les paramètres qui en résultent pour les différents dispositifs de protection. Pour choisir et régler convenablement les protections, on utilise les courbes du courant en fonction du temps (cf fig 2, 3 et 4 ). Deux valeurs du courant de court-circuit doivent être connues : c le courant maximal de court-circuit qui détermine : v le pouvoir de coupure -PdC- des disjoncteurs, v le pouvoir de fermeture des appareils, v la tenue électrodynamique des canalisations et de l’appareillage. Il correspond à un court-circuit à proximité immédiate des bornes aval de l’organe de protection. Il doit être calculé avec une bonne précision (marge de sécurité). c le courant minimal de court-circuit indispensable au choix de la courbe de Scc amont u (%) Icc aux bornes du transformateur Icc des départs TGBT Icc à l'entrée des tableaux secondaires Icc à l'entrée des tableaux terminaux Icc à l'extrémité des départs terminaux Caractéristiques des conducteurs c Jeux de barres : v épaisseur, v largeur, v longueur. c Câbles : v nature de l'isolant, v câble unipolaire ou multipolaire, v longueur, v section. c Environnement : v temperature ambiante, v mode de pose, v nombre de circuits jointifs. Pouvoir de coupure Réglage décl. instantané Pouvoir de coupure Réglage décl. instantané Pouvoir de coupure Réglage décl. instantané Pouvoir de coupure Réglage décl. instantané Disjoncteur général Disjoncteurs de distribution du TGBT Disjoncteurs des départs secondaires Disjoncteurs des départs terminaux c Intensités nominales des départs. c Chutes de tension. Puissance de transformateur HT/BT Puissance des récepteurs cc c Facteur de puissance. c Coefficient de simultanéité. c Coefficient d'utilisation. c Coefficient d'augmentation prévisible. Cahier Technique Schneider Electric n° 158 / p.5 a5 s Iz1 < Iz2 t 1 2 I2t = k2S2 I Fig. 2 : caractéristiques I2t d’un conducteur en fonction de la température ambiante (1,2 représentent la valeur efficace du courant dans le conducteur à des températures différentes θ1 et θ2, avec θ1 > θ2 ; Iz étant la limite du courant admissible en régime permanent). Fig. 3 : protection d’un circuit par disjoncteur. Fig. 4 : protection d’un circuit par fusible aM. 1.1 Les principaux défauts de court-circuit où S est la section des conducteurs, et k une constante calculée à partir de différents facteurs de correction fonction du mode de pose, de circuits contigües, nature du sol… Pour plus de détails pratiques il est conseillé de consulter le guide de la norme NF C 15-105 ou le Guide de l’installation électrique réalisé par Schneider Electric (cf. uploads/Ingenierie_Lourd/ calcul-des-courants-de-court-circuit.pdf