PROTECTION CONTRE LES COURANTS DE COURT-CIRCUIT PROBLEME TECHNIQUE POSE Le schéma d’une distribution électrique comprend toujours : Un ou des transformateur Des récepteur Des câbles Un réseau Amont HT / BT Des dispositif de protection - Disjoncteur - Ou fusibles Les dispositifs de protection sont chargé de protéger : les récepteurs, les câbles et le transformateur contre tout court-circuit qui aurait lieu en AVAL de l'endroit ou il est placé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Question : I) Comment vérifier que l'appareil de protection réalise bien cette fonction ? CONDITIONS DE PROTECTION CONTRE LES COURANT DE COURT-CIRCUIT Pour que la protection contre les courants de court-circuit soit assuré, le dispositif de protection (fusibles ou disjoncteur suivant le cas) doit satisfaire à plusieurs conditions détaillées dans le tableau ci-dessous : PROTECTION PAR FUSIBLE PROTECTION PAR DISJONCTEUR Le pouvoir de coupure (PdC) DES FUSIBLES Le pouvoir de coupure (PdC) D'UN DISJONCTEUR doit être SUPERIEUR ou EGAL au courant de doit être SUPERIEUR ou EGAL au courant de court-circuit triphasé (Icc3) susceptible de ce produire court-circuit triphasé (Icc3) susceptible de ce produire juste en dessous d'eux. (expliquer le courant de CC triphasé) juste en dessous de lui. (expliquer le courant de CC tri) PdC fusible Icc3 MAX PdC disjoncteur Icc3 MAX Le (ou les fusibles) doit fondre pour une valeur Le disjoncteur doit déclencher pour une valeur MINIMUM du courant de court-circuit, c'est à dire MINIMUM du courant de court-circuit, c'est à dire pour un défaut franc situé en bout de ligne et dans un pour un défaut franc situé en bout de ligne. (Expliquer pourquoi le C de CC est plus faible en bout de ligne) temps INFERIEUR à 5 secondes. If 5s Icc3 MIN Imag Icc3 MIN If 5s = courant de fusion pour un temps de 5 secondes I mag = courant de réglage du déclencheur magnétique t(s) Courbe de fusion d'un fusible t = 5s t1 t(s) Courbe de déclenchement d'un disjoncteur Zone de fonctionnement du magnétique t0 t1 Id PdC I(A) CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Im Id Cours Septembre 2005 I(A) Page 1 sur 9 Pour s'assurer de "l'ouverture" du dispositif de protection en cas de court-circuit, on est donc amené à déterminer pour chaque "branche" de l'installation les courant suivants : Calcul du courant de court-circuit MAXIMAL (Icc3 MAX) qui permet de déterminer le pouvoir de coupure MINIMUM (PdC) du dispositif de protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................................................... Puis calcul du courant de court-circuit MINIMAL (Icc3 MIN) qui permet de vérifier qu'un court-circuit franc triphasé en bout de ligne provoque bien "l'ouverture" du dispositif de protection. ............................................................................ Question : Comment déterminer l'intensité présumée de tous ces courants de court-circuit ? Il existe 3 méthodes pour déterminer les courants de court-circuit dans une installation. La méthode dites des impédances qui entraîne des calculs. (1 ère partie du cours avec Mr Brizard) La méthode à base, d'abaques ou de graphiques (2 ème partie du cours avec Mr Bonnet) . . . . . . . . . Une méthode qui utilise l'outil informatique tel que le logiciel ECODIAL 3. (3 ème partie en TP) . . II ) DETERMINATION DES COURANT DE COURT-CIRCUIT PRESUMES PAR LA METHODE A BASE DE TABLEAUX ET D'ABAQUES 2.1 ) Protection contre le courant de court-circuit maximal (juste en dessous de la protection) La disposition d'un réseau de distribution de moyenne ou base tension peut être généralisée selon le schéma ci-dessous dans lequel on retrouve toujours les éléments suivant : Le réseau amont Un ou des transformateurs HT / BT Un ou des disjoncteurs source Des câbles Un jeu de barres Des disjoncteurs de départ M Des récepteurs A chaque emplacement des dispositifs de protection correspond une valeur MAXIMALE du courant de court-circuit susceptible de ce produire. Dans tout les cas ce courant de court-circuit doit rester INFERIEUR au pouvoir de coupure (PdC) de la protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 2 sur 9 2.1.1 ) Courants de court-circuit au secondaire d'un transformateur HT / BT La valeur du courant de court-circuit au secondaire d'un transformateur est donnée par des tableaux (voir ci-dessous). Tableau I (transparent) U20 = tension au secondaire à vide Exemple n°2 Récapitulatif Exemple n°2 Puissance du transformateur en KVA U20 = In (A) 237 V ICC (A) U20 = In (A) 410 V ICC (A) 16 25 40 50 63 80 100 160 250 315 400 500 630 800 39 61 97 122 153 195 244 390 609 767 974 1218 1535 1949 1000 1250 1600 2000 2500 3150 2436 3045 3899 4872 6090 7673 973 1521 2431 3038 3825 4853 6060 9667 15038 18887 23883 29708 37197 41821 42738 48721 57151 65840 76127 94337 23 35 56 70 89 113 141 225 352 444 563 704 887 1127 1408 1760 2253 2816 3520 4435 563 879 1405 1756 2210 2805 3503 5588 8692 10917 13806 17173 21501 24175 27080 30612 35650 40817 46949 58136 En fonction de la puissance du transformateur on peut lire la valeur du courant de court-circuit (Icc) au secondaire d'un transformateur. EXEMPLE n°1 L'usine de la compagnie IBM France installée à Montpellier est alimentée par un transformateur HT / BT de 1600 kVA. La puissance de court-circuit du réseau EDF est S = 500 MVA. Quelle doit être le pouvoir de coupure du disjoncteur général placé juste en aval du secondaire du transformateur ? 20 KV / 400 V S = 1600 kVA DGBT Icc = 35.7 kA A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. On lit que pour une puissance S = 1600 kVA et une tension BT de 400 V le Icc est de 35650 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . On peut estimer que le Icc juste en dessous du DGBT est égal au Icc au secondaire du transformateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Donc le Pouvoir de coupure du DGBT doit être 35650 A . . . . . . . . . . . .......................................................... .......................................................... .................... 2.1.2 ) Courants de court-circuit à l'extrémité d'un câble On connaît désormais le courant de court-circuit en tête d'installation (c’est le C de CC maximale). Il nous faut maintenant déterminer le courant de court-circuit à l'extrémité d'un câble ( . . . . . . . . . . . . . . . dont on connaît sa NATURE, sa SECTION et sa LONGUEUR. . . . . . . . . . . . . . . . ), pour cela on utilise des tableaux simplifiés fournissant le Icc AVAL en fonction du Icc AMONT (voir Page 4 / 8). Icc AMONT Icc AVAL Ame en cuivre Section L Pour une même section et un même matériau le courant de court circuit diminue avec la longueur. CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 3 sur 9 Tableau II Récapitulatif Exemple n°2 Récapitulatif Remarques : Si la longueur exacte de votre câble n'est pas dans le tableau il faut choisir : Une longueur supérieur OU Pourquoi : Ainsi le Icc du tableau sera plus élevé que celui susceptible de se produire réellement dans le Une longueur inférieur circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....... Si le réseau d'alimentation est en 230 V triphasé (230 V entre phases) : Il faut diviser les longueur du tableau par 3 = 1.732. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 4 sur 9 EXEMPLE n°2 L'usine HARIBO de Marseille est alimentée par un transformateur HT / BT de 160 KVA. On trouve au secondaire un disjoncteur général suivi d'un câble en cuivre de 120 mm² et d'une longueur de 80 m qui alimente le jeu de barres de distribution. La puissance de court-circuit du réseau EDF est S = 500 MVA. Déterminer le pouvoir de coupure minimum des disjoncteurs de "départ" (Dd1 et Dd2) placés juste en dessous du jeu de barres. 20 KV / 400 V A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. (Comme dans l’exemple n°1) S = 160 kVA DGBT Icc = 5.6 kA Dd1 Dd2 S = 160 kVA Icc = 5588 A Icc = 5.6 kA A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au bout du câble de 80 m. (Expliquer la méthode sur transparent) Cuivre Section Longueur de la canalisation 230 400 120 75 Icc amont Courant de court-circuit au niveau considéré 7 kA 5 kA Icc = 5 kA Icc Prendre la valeur juste au dessus du Icc calculé Le PdC des disjoncteurs "départ" doit être à 5 KA 2.2 ) Protection contre le courant de court-circuit minimal (en bout de ligne) Dans le cas d'un défaut en bout de ligne, le disjoncteur ou le fusibles placés en amont doit "ouvrir" le circuit pour cette valeur de courant de court-circuit qui est minimal (puisqu’il a lieu loin de la source). En utilisant la méthode à base de tableaux et d'abaques (vu précédemment), on ne prend pas en compte le calcul de ce courant de court-circuit minimal. D’autres tableaux donnent, en fonction du CALIBRE et du TYPE pour un fusible, du TYPE DE COURBE de déclenchement du disjoncteur, et de la SECTION des conducteur, les LONGUEURS MAXIMALES des câbles triphasés 400 V protégés contre les courts-circuits. Ces tableaux sont donnés Page 8 / 8. Ils ont été établis dans les conditions suivantes : . . . . .. . . RESEAU TRIPHASE 400 V, SANS NEUTRE ET AVEC CONDUCTEUR EN CUIVRE . . . . . . . CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 5 sur 9 Lorsque les conditions d'utilisation sont différentes de celles précédemment énoncées (3 400 V en Cu), on applique des facteur de correction ci-dessous. Tableau III Circuit Tension Longueur à multiplier par 3 Ph + N (avec SN = SPh) 230 / 400 V K1 = 0.58 3 Ph + N (avec SN = 0.5 SPh) 230 / 400 V K1 = 0.77 1 Ph + N (avec SN = SPh) 230 V K1 = 0.58 1 Ph + N (avec SN = 0.5 SPh) 230 V K1 = 0.77 2 Ph 400 V K1 = 0.86 Lorsque les conducteurs sont en aluminium on multiplie (en plus de K1 si il est nécessaire) par un facteur K2. Conducteur en aluminium protégé par un fusible K2 = 0.41 Conducteur en aluminium protégé par un disjoncteur K2 = 0.62 EXEMPLE n°3 On trouve dans l'un des ateliers de l'usine LAFARGE de Marseille un moteur asynchrone triphasé dont le courant nominal est de 61 A. Ce moteur se trouvant à une distance de 50 m est protégé par un disjoncteur de type C. Le réseau est un 3 400 V + N + T et le câble d'alimentation comporte 5 conducteurs ayant tous une section de 6 mm². Vérifier que le circuit est bien protégé contre les courants de court-circuit minimaux. Conclure. Type C A l'aide du tableau VII, déterminons la longueur maximale protégé par le disjoncteur de type C. SPh = SN = 6 mm² Disjoncteur de type C Courant assigné = 63 A 50 m Lmax avant correction = 56 m Mais il faut multiplier cette longueur par 0.58 cars le neutre est distribué (réseau 3 400 V + N). M Ib = 61 A Lmax après correction = 56 0.58 = 32.48 mm Lmax = 32.5 m Conclusion : Le circuit n'est pas protégé contre les courts-circuits en bout de ligne. Solutions : On pourrait augmenter la section de câble jusqu'à 10 mm² (94 0.58 = 54.52 m), Parler des différents type de disjoncteur Ou on pourrait prendre un disjoncteur de type B si le récepteur le permet. (113 0.58 = 65.54 m) CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 6 sur 9 2.3 ) Exercice récapitulatif Une entreprise de La Ciotat est alimenté en basse tension 3 400 V par un transformateur de puissance apparente de 400 kVA. Une partie du schéma de l'installation vous est donnée ci-dessous. Déterminer le pouvoir de coupure minimum des différents disjoncteurs de "départ" (ne pas tenir compte du jeux de barres). Vérifier que le disjoncteurs Dd1 et que les fusibles F1 protègent bien les lignes contre les courts circuits minimaux et conclure. Réseau amont Scc = 500 MVA 20 KV / 400 V S = 400 kVA Icc = 13.9 kA DG1 Ib = 905 A SPh = 2 185 mm² SN = 0.5 SPh L = 35 m Cu Icc = 13.9 kA JB1 Ib = 70 A SPh = SN = 16 mm² L = 80 m Cu Lmax = 69.02 m NON PROTEGE Dd1 Type C Récepteur 1 Dd2 Ib = 50 A L = 35 m Cu SPh = 10 mm² JB2 Lmax = 40 m PROTEGE Icc = 4 kA 3 F1 aM Ib = 30 A L = 30 m Cu SPh = 2.5 mm² Récepteur 2 A l'aide du tableau I, déterminons le courant de court-circuit au secondaire du transformateur. S = 400 kVA Icc = 13806 A A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au niveau du Jeu de barres n°1. On trouve un Icc AVAL de 13 kA Icc = 13 kA A l'aide du tableau II, déterminons le courant de court-circuit au niveau du Jeu de barres n°2. On trouve un Icc AVAL de 4 kA Icc = 13.9 kA Icc = 4 kA A l'aide du tableau VII, vérifions que le disjoncteur Dd1 protège bien la ligne contre les courtscircuits minimaux en bout de ligne. Lmax = 119 0.58 = 69.02 m 69.02 m < 80 m Le circuit n'est pas protégé !!! 1 ère solution : Augmenter la section des câbles à 25 mm² Lmax = 185 0.58 = 107.3 m 2 ème solution : Utiliser un disjoncteur de type B Lmax = 237 0.58 = 137.46 m CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 7 sur 9 A l'aide du tableau IV, vérifions que les fusibles F1 protège bien la ligne contre les courts-circuits minimaux en bout de ligne. Lmax = 40 ou 49 m Que l’isolant soit du PVC ou du PR, le circuit est protégé CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) Cours Septembre 2005 Page 8 sur 9 TABLEAUX DES LONGUEURS MAXIMALES PROTEGEES CONTRE LES CC (CIRCUIT PROTEGE PAR DES FUSIBLES) TABLEAU IV TABLEAU V Fusibles aM Fusibles gI (gG) Courant assigné des coupe-circuits à fusibles aM (en ampères) Courant assigné des coupe-circuits à fusibles gl (en ampères) Section nominale des conducteurs (mm²) 16 20 25 40 50 63 80 100 125 160 200 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 32 1,5 55/64 37/45 25/30 15/20 99/113 86/87 40/59 21/29 13/18 7/9 Récap. 2.5 116 84/94 58/68 40/49 26/32 17/20 134 110/122 67/84 41/51 25/33 13/20 8/11 4 181 147 118 84/95 58/68 42/48 28/33 18/23 183 139 106/119 67/84 46/58 24/32 14/17 7.3/10 6 273 223 178 139 105/117 79/89 55/64 37/42 26/31 14/20 214 185 139 94/113 55/70 33/41 20/27 10/14 10 227 181 147 113/125 80/94 57/69 40/47 27/32 15/19 275 226 172 130 90/118 57/70 30/41 16 236 189 151 120 83/97 59/67 40/49 283 217 168 128 86/95 25 231 185 147 113 80/92 336 257 197 155 35 262 210 160 130 367 283 220 50 217 174 379 299 70 257 441 95 257 120 150 185 Lorsque 2 valeurs sont indiquées pour une même section et un même courant assigné, la 1 ère concerne les conducteurs isolés au PCV, la 2 ème concerne les conducteurs isolés au PR ou EPR. 200 17.5/23 53/65 118 172 229 336 472 TABLEAUX DES LONGUEURS MAXIMALES PROTEGEES CONTRE LES CC (CIRCUIT PROTEGE PAR DES DISJONCTEURS) TABLEAU VI Section nominale des conducteurs (mm²) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 TABLEAU VII Disjoncteurs courbe type B 6 296 494 790 10 178 296 474 711 13 137 228 385 547 912 Courant assigné des disjoncteur type B (en ampères) 16 20 25 32 40 50 63 80 111 89 71 56 44 36 28 22 185 148 119 93 74 59 47 37 296 237 190 148 119 95 75 59 444 356 284 222 178 142 113 89 741 593 474 370 296 237 188 148 948 759 593 474 379 301 237 926 741 593 470 370 830 658 519 894 704 TABLEAU IIX Section nominale des conducteurs (mm²) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 185 110 18 30 47 71 119 190 296 415 563 125 14 24 38 57 95 152 237 331 450 Section nominale des conducteurs (mm²) 1,5 2,5 4 Ex. n°3 6 10 Récap. 16 25 35 50 Disjoncteurs courbe type C 6 148 247 395 593 988 10 89 148 237 356 593 948 13 68 114 182 274 456 729 Courant assigné des disjoncteur type C (en ampères) 16 20 25 32 40 50 63 80 56 44 36 28 22 18 14 11 93 74 59 46 37 30 24 19 148 119 95 74 59 47 38 30 222 178 142 111 89 71 56 44 370 296 237 185 148 119 94 74 593 474 379 296 237 190 150 119 926 741 593 463 370 296 235 185 830 648 519 415 329 259 880 704 583 446 351 110 9 15 24 36 59 95 148 207 281 125 7 12 19 28 47 76 119 166 225 Disjoncteurs d'usage général 50 60 80 148 117 92 246 195 164 394 313 246 470 370 100 74 123 197 296 493 125 59 99 158 237 395 160 46 77 123 185 308 494 200 37 62 99 148 247 395 CALCUL DES COURANT DE CC (méthode abaques) 250 30 49 79 118 197 316 494 320 23 38 82 92 154 247 386 400 18 31 49 74 123 197 308 432 500 15 25 39 59 99 158 247 345 470 Courant de fonctionnement instantané Im (en ampères) 560 630 700 800 875 1000 1120 1250 1600 13 17 11 9 8 7 6 8 22 19 18 19 14 12 11 10 7 35 31 28 26 22 20 17 16 12 53 47 42 37 34 30 26 24 18 86 78 70 61 56 49 44 38 31 141 125 113 98 90 79 70 63 49 220 196 178 154 141 123 110 99 77 308 274 247 215 197 173 154 138 108 419 372 335 293 268 235 209 187 146 494 432 385 345 308 276 216 469 469 375 293 474 370 403 Cours Septembre 2005 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000 6 10 15 24 39 62 88 117 173 234 296 322 8 12 20 31 49 69 94 138 188 237 257 6 8 15 25 38 54 73 108 146 185 201 7 12 20 31 43 69 86 117 148 151 6 10 18 26 34 47 69 94 118 129 8 12 20 27 37 55 74 94 102 6 10 15 21 29 43 59 74 80 10000 12500 8 12 17 24 35 47 59 64 6 10 14 19 29 37 47 61 Page 9 sur 9
