distribution partie1

publicité
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Chapitre 4
Distribution BT et dimensionnement des installations
électriques
1. Disjoncteur Basse Tension
1.1. Fonctions et caractéristiques
Un disjoncteur est un appareil mécanique de connexion capable d’établir, de supporter et
d’interrompre un courant dans un circuit électrique.
1.2. Constitution générale (cas d’un disjoncteur bipolaire).
Pôles ou contacts principaux avec sysème d'extinction de
l'arc
Dispositif d'accrochage mècanique
avec décrochage automatique ou manuel
Levier de commande
manuel ou motorisé
declencheur
thermique
Enveloppe de
protection
Liaison mécanique
declencheur magnétique
Figure 4.1. Schéma d’un disjoncteur.
Un disjoncteur est capable d’interrompre un circuit quelque soit le courant qui le traverse jusqu’à
son pouvoir de coupure ultime : Icu exprimé en kA (norme CEI.947-2).
Les déclencheurs sont de deux sortes :
ƒ Les déclencheurs
« magnéto-thermiques » : En condition de surcharge, l’échauffement
significatif, fonction de l’intensité, provoque le déclenchement grâce à un élément « thermomécanique » : le bilame. En condition de court-circuit, à partir d’une certaine intensité
(supérieure au courant de surcharge), le déclenchement est assuré quasi instantanément par
un circuit magnétique qui actionne un noyau.
ƒ Les déclencheurs « électroniques » : L’intérêt de ces déclencheurs est d’obtenir :
37
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
- Une plus grande précision des seuils de déclenchement (courbes de déclenchement
réglables selon l’utilisation).
- des possibilités d’information locale ou à distance.
Le disjoncteur dispose de chambres de coupure dont le rôle est de maintenir la tension d’arc à
une valeur convenable.
Figure 4.2. Coupe d’un disjoncteur BT industriel 400 A.
1.3. Caractéristiques d’un disjoncteur
Un disjoncteur est caractérisé essentiellement par son intensité nominale, sa tension
nominale, son nombre de pôles, son pouvoir de coupure, le type de déclencheur utilisé
(thermique, magnétique, magnétothermique, temporisé ou non…) et sa courbe de
déclenchement.
1.4. Type, domaines d’applications, courbes de déclenchement
La fonction principale d’un disjoncteur est d’assurer la protection des circuits qu’il alimente.
La protection des circuits doit être assurer contre :
ƒ Les surcharges (déclencheur thermique à bilame)
ƒ Les courts-circuits (déclencheur magnétique instantané ou à retard).
1.4.1. Courbe typique de déclenchement : Elle représente la variation du temps de
déclenchement du disjoncteur en fonction du rapport I / I n .
Avec : I : Intensité réelle traversant le disjoncteur et I n le calibre du disjoncteur.
38
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
t
1
1 : Courbe de déclenchement thermique
2 : Courbe de déclenchement magnétique
t2
2
t1
1
3
I/In
15
Pouvoir de
Coupure PdC
Figure 4.3. Courbe typique de déclenchement d’un disjoncteur magnéto-thermique.
Un courant supérieur à I n entraîne le déclenchement du disjoncteur.
Exemple :
I / I n = 3 : La protection est assurée par le déclencheur thermique
(le temps de déclenchement est égal à t 2 ).
I / I n = 15 : La protection est assurée par le déclencheur magnétique
(le temps de déclenchement est égal à t1 ).
Selon le domaine d’application du disjoncteur (sur charge résistive, sur charge inductive,
déclenchement instantané ou à retard désiré), il existe différentes courbes de déclenchement.
1.4.2. Courbe B
La courbe de déclenchement B est représentée sur la figure 4.4.
ƒ Le déclencheur courbe B est utilisé
lorsque les longueurs des câbles sont
importantes et pour la protection des
circuits résistifs.
ƒ L’élément thermique tolère :
- 1.5 × I n durant 3 mn
- 2 × I n durant 30 s
ƒ L’élément magnétique provoque la
coupure pour 8 × I n au bout de 10 ms
ƒ Fonctionnement du magnétique :
3 à 5 fois I n
Figure 4.4. Courbe B.
39
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
1.4.3. Courbe C
La courbe de déclenchement des disjoncteurs magnéto-thermiques type C est donnée sur la
figure 4.5 ci-après.
Elle est destinée pour la protection des circuits à fort appel de courant. Le fonctionnement du
magnétique du disjoncteur associé doit se situer entre 5 et 10 fois I n .
Figure 4.5. Courbe C.
1.4.4. Courbe D
La courbe de déclenchement des disjoncteurs magnéto-thermiques type D est donnée sur la
figure 4.6 ci-dessous. Elle est destinée pour la protection des circuits à fort appel de courant. Le
fonctionnement du magnétique du disjoncteur associé est compris entre 10 et 14 fois I n .
Figure 4.6. Courbe D.
40
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
1.4.5. Courbe MA
Pour cette courbe, le déclenchement s’effectue à 12 × I n sans dispositif thermique, le
déclenchement est uniquement magnétique. Elle est utilisée pour les disjoncteurs de protection
des démarreurs des moteurs.
L’introduction de l’électronique dans les disjoncteurs permet de réaliser la protection et la
surveillance des réseaux BT, c’est le cas des déclencheurs électroniques. Les unités de contrôle
associées aux disjoncteurs réalisent les niveaux de protection suivants :
ƒ Long retard LR : protection contre les surcharges
ƒ Court retard CR : protection contre les courts-circuits
ƒ Instantané : fixe ou réglable.
t
t
Seuil LR
Seuil LR
Seuil CR
Seuil
instantané
Temporisation CR
Seuil instan .
fixe
I
Courbe type 1
I
Courbe type 2
Figure 4.7. Déclencheurs électroniques.
Courbe type 1 : - protection contre les surcharges par déclenchement long retard réglable
- déclenchement instantané (seuil réglable) en cas de court-circuit.
Courbe type 2 : - protection contre les surcharges par déclenchement long retard réglable
- en cas de court-circuit : déclenchement court retard réglable avec sélectivité
chronométrique, déclenchement instantané à haut seuil fixe.
2. Sélectivité entre Disjoncteurs
2.1. Définition
La sélectivité est la coordination des dispositifs de protection pour q’un défaut, survenant en
un point quelconque du réseau, soit éliminer par le disjoncteur placé immédiatement en amont du
défaut.
41
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
~
Un défaut en aval de disj2 doit se traduire
Réseau amont
uniquement par l’ouverture de disj2.
Disj1
La sélectivité est totale si disj2 s’ouvre et disj1 reste
fermé.
Défaut
Disj2
Disj3
Récepteur 1
La sélectivité est partielle si la condition notée
ci-dessus n’est pas toujours respectée.
Récepteur 2
La sélectivité concourt à la continuité de service, qui est une nécessité pour beaucoup
d’entreprises industrielles. Il existe plusieurs types de sélectivité :
ƒ Sélectivité ampèremétrique
ƒ Sélectivité chronométrique
ƒ Sélectivité énergétique
ƒ Sélectivité logique.
2.2. Sélectivité ampèremétrique
t
D2 D1
D1 et D2 : disjoncteurs rapides
D1
Défaut
D2
I1
Récepteur 1
D2 s’ouvre seul
I2
I3
PdC2 PdC1
I
D2 et D1
s’ouvrent
Figure 4.8. Mise en ouvre de la sélectivité ampèremétrique.
Conséquences :
I défaut = I 1 : Seul D2 s’ouvre
I défaut = I 2 : Seul D2 s’ouvre
La sélectivité est partielle
I défaut = I 3 : D1 et D2 s’ouvrent
La sélectivité ampère métrique est d’autant plus grande que l’écart entre les calibres des
disjoncteurs D1 et D2 est important. Cette amélioration est schématisée sur la figure 4.9.
42
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
t
D1
D2
D1 et D2 : disjoncteurs rapides
I1
I2
PdC2
I3 I4
PdC1
I
Figure 4.9. Amélioration apportée à la sélectivité ampèremétrique.
Conséquences :
I défaut = I 1 , I 2 ou I 3 : Seul D2 s’ouvre
I défaut = I 4 : D1 et D2 s’ouvrent
La sélectivité est toujours partielle
On peut améliorer encore la sélectivité ampèremétrique par l’utilisation d’un disjoncteur D2
limiteur (figure 4.10).
t
D2
D1
Seul D2 s’ouvre
D1: disjoncteur rapide
D2 : disjoncteur limiteur
ImD1 PdC2
PdC1
I
Figure 4.10. Sélectivité ampèremétrique avec disjoncteur limiteur.
Pour des courants supérieurs au réglage du magnétique du disjoncteur D1 ( Im D1 ) mais
inférieurs à PdC2. D1 ne déclenche pas. L’énergie limitée par la coupure de D2 reste inférieure à
l’énergie nécessaire au déclenchement de D1.
2.3. Sélectivité chronométrique
Cette technique consiste à retarder plus ou moins l’instant d’ouverture des disjoncteurs en
jouant sur le temps de fonctionnement des appareils. Elle nécessite :
ƒ D’une part, l’introduction de retardateurs dans le système de déclenchement des
disjoncteurs,
ƒ D’autre part des disjoncteurs capables de supporter les effets thermiques et
électrodynamiques du courant pendant le temps de retard.
43
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Ce type de sélectivité s’obtient par un échelonnement des temps de déclenchement des
disjoncteurs équipés de déclencheurs court retard (figure 4.11). Le temps de déclenchement du
disjoncteur amont est retardé par rapport à celui du disjoncteur aval.
t
D2
D1
D1: disjoncteur temporisable
(crans de retard sélectifs)
D2 : disjoncteur rapide
CRAN 3
CRAN 2
CRAN 1
PdC2
PdC1
I
Figure 4.11. Sélectivité chronométrique.
2.4. Sélectivité Energétique
Ce nouveau type de sélectivité (publié depuis 1994) est mis en œuvre sur les disjoncteurs de
la gamme Compact NS. Ces appareils sont rapides et fortement limiteurs.
Le principe de cette sélectivité réside dans le fait que l’énergie que laisse passer le
disjoncteur aval doit toujours être inférieure à l’énergie nécessaire au fonctionnement du
disjoncteur amont.
Pour cela deux conditions sont nécessaires :
ƒ Le rapport des courants assignés des disjoncteurs doit être au moins égal à 2.5,
ƒ Le rapport des seuils de réglage de leurs déclencheurs doit être supérieur à 1.6.
Plage de réglage du déclencheur
I
160 A
180 A
200 A
250 A
Courant
de réglage
Courant
assigné
Taille du
disjoncteur
Figure 4.12. Disjoncteur Schneider NS250N équipé d’un
déclencheur TM-D200 réglé à 0.9.
2.5. Sélectivité logique
Elle s’obtient par un système donnant l’ordre de déclenchement en fonction da la
localisation du défaut.
A chaque niveau, le relais logique reçoit deux informations :
ƒ Une image de l’intensité passant dans le disjoncteur qu’il commande,
ƒ Un signal venant des disjoncteurs situés immédiatement en aval lui indiquant si l’un de
ces disjoncteurs voit passer la surintensité.
44
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Le relais émet deux ordres :
ƒ Un ordre de déclenchement vers le disjoncteur qu’il contrôle s’il l’estime nécessaire,
ƒ Une information indiquant ou non qu’il voit passer une surintensité vers le disjoncteur
situé en amont.
Q1
Relais
logique
Relais
logique
Q2
Relais
logique
Q3
Figure 4.13. Exemple de sélectivité logique.
Dans l’exemple ci-dessus, la surintensité sera vue par le relais de Q1 et le relais de Q2.
Dans un premier temps le relais de Q1 reçoit une information du relais de Q2 li indiquant qu’il
donne l’ordre à Q2 de s’ouvrir pour éliminer la surintensité. Si Q2 n’ouvre pas suite à une
défaillance, le relais de Q1 donnera alors l’ordre à Q1 de couper l’alimentation.
Ce système de sélectivité nécessite des fils pilotes entre étages et une source auxiliaire
d’alimentation ce qui rend son utilisation difficile en Basse Tension.
2.6. Application : Paramétrage d’un poste MT/BT et étude de sélectivité
Soit le schéma de l’installation donné sur la figure 4.14. On se propose d’étudier le
problème de sélectivité entre les disjoncteurs de cette installation.
Les courants de courts-circuits présumés aux points A, B, C, D, E et F sont regroupés dans le
tableau ci-dessous.
Icc présumé
Point A
3.14 kA
Point B
2.1 kA
Point C
1.4 kA
Point D, E, F
1 kA
Point G
0.6 kA
45
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Réseau amont
Transformateur MT/BT
Sn = 100 kVA, U2=400 V
A
DJG (courbe D, In=200 A)
B
Q2 (courbe D, In=50 A)
C
QS1 (courbe C)
D
QS2 (courbe B)
E
QS3 (courbe B)
F
Ligne L en
cuivre, 2.5 mm2
H
G
Prises de
courant 12A
M
3∼
Moteur triphasé
In=12 A
Chauffage
In=14A
Figure 4.14. Schéma unifilaire de l’installation.
Travail demandé :
1. Pour chaque disjoncteur Q2, QS1, QS2 et QS3 déterminer son calibre, son nombre de pôles,
sa référence commerciale et son pouvoir de coupure.
2. Le PdC de chaque disjoncteur est-il bien adapté en fonction des données ? Justifier.
3. En cas de court-circuit au point C, que peut-on dire de la sélectivité entre les disjoncteurs DJG
et Q2 ? Justifier votre réponse.
4. En cas de court-circuit au point G, que peut-on dire de la sélectivité entre les disjoncteurs Q2 et
QS1 ? Justifier votre réponse.
5. Dans le cas d’une mauvaise sélectivité entre les disjoncteurs Q2 et QS1, quelle est la longueur
minimale de la ligne L reliant le disjoncteur QS1 au moteur permettant d’obtenir une sélectivité
verticale de type ampèremétrique entre les disjoncteurs concernés ?
46
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
47
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Le tableau ci-dessous indique la relation entre quatre données dans une canalisation électrique : la
section des conducteurs par phase, la longueur, Icc amont et Icc aval.
Tableau 4.1. Courants de court-circuit à l’extrémité d’une canalisation (guide C 15-105).
Section
Icc amont
Longueur
Icc aval
Connaissant 3 données, on détermine la 4ème .
Exemple : section des conducteurs par phase = 25 mm2 ; longueur du câble =50 m
Icc amont=20 kA alors le courant de court-circuit aval est de 4 kA.
48
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
Caractéristiques
référence
électriques
Tension assignée (50 Hz)
Courant assigné
NE
NF
NG
NK
NR
NM
230/400 V
230/400 V
230/400 V
400 V
400 V
400 V
6 à 63 A
0.5 à 63 A
0.5 à 63 A
0.5 à 63 A
6 à 63 A
80 à 100A
B
C
D
C
C
C
6 kA
6 kA
_
10 kA
_
_
10 kA
10 kA
10 kA
15 kA
25 kA 6 à 20A
20 kA 25 à 40A
15 kA 50 à 63A
10 kA
Courbe de déclench. à 30°C
B : 3 à 5 In
C : 5 à 10 In
D :10 à 20 In
Pouvoir de Coupure
Selon NFC 61-410
Pouvoir de Coupure
Selon IEC 947-2
Tension d’isolement
500 V
Tension diélectrique
2500 V
Tableau 4.2.Caractéristiques des disjoncteurs multipolaires
( Documents techniques « hager»)
Correction :
1.
Calibre (A)
Nbr de pôles
Références
PdCs
Q2
50
Tétrapolaire
NG450
10 kA > Icc(C)
QS1
16
Tripolaire
NF316
6 kA > Icc(D)
QS2
16
Tripolaire
NE316
6 kA > Icc(E)
QS3
16
Tétrapolaire
NE416
6 kA > Icc(F)
2. Le PdC de chaque disjoncteur est bien adapté en fonction des données.
3. Au point C, Icc(C)= 1.4 kA.
I
1400
(Q 2) =
= 28
In
50
I
1400
( DJG ) =
=7
In
200
⎫
⎪⎪
⎬ Bonne sélectivit é seul Q 2 déclenche
Courbe D , déclenchem ent en presque 0.8 ms ⎪
⎭⎪
Courbe D , déclenchem ent en 10 ms
4. Au point G, Icc(G)=0.6 kA.
I
600
⎫
Courbe C , déclenchement en 10 ms ⎪
= 37.5
(QS1) =
⎪
In
16
⎬
I
600
Courbe D, déclenchement en 10 ms ⎪
= 12
(Q 2) =
⎪⎭
In
50
Aucune Sélectivité
49
Distribution B T et dimensionnement des installations électriques
5. Pour obtenir une sélectivité verticale de type ampèrmétrique entre QS1 et Q2, il faut que
I
(Q2) < 10 pour une courbe D, déclenchement de Q2 > 10 ms.
In
On aura alors Icc(G ) < 10 × In(Q 2) ⇒ Icc(G ) < 500 A
La ligne L est en cuivre de section 2.5 mm2, Icc amont au point D = 1 kA et Icc aval désiré au
point G < 0.5 kA, le tableau du document technique (4) indique une longueur du câble > 26 m.
Alors la longueur minimale de la ligne L est Lligne=26 m.
Si la longueur >26 m,
I
(Q 2) < 10 , seul le disjoncteur QS1 déclenche en 10 ms.
In
50
Téléchargement
Flashcards connexes
Créer des cartes mémoire