T. Latchimy - reseau des plasmas froids

L
LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES
CNRS UMR 6069 - 24, Avenue des Landais
F63177 AUBIERE CEDEX
http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/
A
E
P T
5e Journées du Réseau Plasmas Froids
Fonctionnement des Fusible MT
Etudes expérimentales et théoriques
W. Bussière, T. Latchimy
Moyens d’essais pour l’étude des fusibles moyenne tension (MT)
• Principe de l’expérimentation
• Dispositif d’essais à décharge capacitive
•Fonctionnement
•Avantages/inconvénients
• Essais sur station de puissance alternative
•Pourquoi une source alternative ?
•Principe de fonctionnement
• Conclusion
LAEPT
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Principe de l’expérimentation
• Simuler un arc de coupure dans les fusibles moyenne tension
Enclencheurs
Source d’énergie
Fusible sous test
Capacitive
Alternative
Augmentation du courant jusqu’à la
fusion de l’élément fusible
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Apparition de l’arc
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Source de décharge capacitive
Principe : créer une décharge oscillante par un circuit R,L,C à une fréquence de 50 Hz.
ª Condensateur de charge (C)
ª Circuit R,L
ª Enclencheur à thyristor (TH)
ª Fusible (F)
C
TH
R
L
F
Demi onde de courant ∼ 5 ms
GND
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GND
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Source de décharge capacitive
Boîtier fusible utilisé pour les essais
Avant remplissage
Après remplissage
Après test
Résultat d’un essai
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Etudes expérimentales et théoriques
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• Source de décharge capacitive
• Avantages :
ª Système simple à concevoir et facile d’utilisation
ª Isoler par rapport au réseau EDF
•Inconvénients:
ª Onde de courant non sinusoïdale
résistances de fuite (connexions, câblages,résistances série de la bobine)
ª Difficulté d’étude du fusible pour des faibles surcharges
ª Système ne représentant pas les essais en conditions industrielles de fonctionnement
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Station de puissance alternative
• But : étudier le fonctionnement du fusible sur un réseau alternatif
K
R
Vsinus
L
Icc
50 Hz
F
• Pourquoi une source alternative ?
ª Conditions de fonctionnement réelles
ª Retard à l’enclenchement par rapport au zéro de tension
ª Variation du facteur de puissance
ª Etude des faibles surcharges
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
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• Station de puissance alternative
• Principe de fonctionnement
Conditions de test : Ueff = 500 V
Ieff = 200 A
Ligne triphasée : 3×230 V
Puissance apparente : 100 kVA
Réseau
EDF
Dispositif
de mise sous tension
Charge R,L
+
Fusible
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Transformateur
de puissance
Dispositif
d’enclenchement
secondaire
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• Station de puissance alternative
• Le transformateur de puissance
Tension d’entrée: 400 V
Tension de Sortie : 5×100 V
Courant nominal : 200 A (5 sorties en série)
Imaxi = 2000 A (100 ms)
Entrée 400V
Sorties 100 V
Calcul et dimensionnement du
circuit magnétique effectué au
laboratoire
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Bobinages primaire et
secondaire
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Station de puissance alternative
• Alimentation du primaire du transformateur
Problème : surintensité à la mise sous tension à vide du transformateur
Solution : montée progressive de la tension primaire
ª Alternostat
ª Gradateur
Choix : Gradateur de faible puissance commandé par fibre optique
S1 : interrupteur de
puissance
S1
Alimentation
S2
400 V alternatif
gradateur
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S2 : interrupteur de
sécurité
Transformateur 100 kVA
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
• Station de puissance alternative
• Alimentation du secondaire du transformateur
θ
Signal trigger
Référence 50 Hz
Trigger
Enclencheur
Semiconducteur
Electromecanique
Electromécaniques à temps de réponse
long mais répétitif (industriels)
Enclencheurs
Semiconducteur thyristor (laboratoire)
Temps de réponse 10 µS
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• Station de puissance alternative
• Commande des différents actionneurs de l’expérimentation
Problème: puissance mise en jeu élevée (100 kVA )
ª Sécurité des personnes
ª Protection des appareillages de mesures
Isolation commande/puissance:
ª Transmission des signaux de commande par fibre optique (immunité aux
parasites)
ª Automatisation de l’expérimentation
ª Enceinte de protection
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Station de puissance alternative
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Fixer la tension d’essai
(couplage du transformateur)
• Séquencement de l’expérimentation
Fixer le facteur de puissance
(Charge R,L)
Régler l’angle d’amorçage
non
Sécurité valider
oui
Alimenter le primaire
Fermer le circuit secondaire
Déclenchement des acquisitions
Mesure (tension, courant, pression)
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Fonctionnement des Fusibles
Etudes expérimentales et théoriques
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Station de puissance alternative
• Instrumentation de la station
ª Mesures de courants par capteur à effet Hall
Avantages : simple et sans contact
ª Mesures de tensions
Sondes différentielles
Connecteur
ª Acquisitions
Oscilloscope
Cartes PXI + Labview
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Câble de circulation du
courant
Capteur
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Station de puissance alternative
• Quelques résultats
Uessai = 100 V
cos ϕ = 0,12
Tr = 0
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Station de puissance alternative
• Quelques résultats
400
Uessai = 200 V
cos ϕ = 0,12
Tr = 7 ms
0
-4 0 0
-8 0 0
-0 .0 5 0
-0 .0 2 5
0
T E N S IO N S E C O N D A IR E
T E N S IO N F U S IB L E
C O U R A N T S E C O N D A IR E
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0 .0 2
T e m p s /S
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Conclusion
• Caractéristiques de la station
ª Tension d’essai maximale : 500 V
ª Courant maximum d’essai : 2000 A
ª Facteur de puissance : 0,1 à 0,9
ª Angle d’enclenchement : 0 à 180 °
• Caractéristiques du banc capacitif
ª Tension d’essai maximale : 500 V
ª Courant maximum d’essai : 7 kA
Une station alternative est indispensable pour tester des dispositifs de protection (fusibles, disjoncteurs
BT, disjoncteurs HT, …) dans des conditions industrielles.
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