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 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 1/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre Apparition de l’arc 2/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre GND 3/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 4/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T • 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 5/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 6/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T • 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre Transformateur de puissance Dispositif d’enclenchement secondaire 7/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T • 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 LAEPT Bobinages primaire et secondaire 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 8/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre S2 : interrupteur de sécurité Transformateur 100 kVA 9/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 10/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T • 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 11/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ P T Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques Station de puissance alternative A E 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) LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 12/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre Câble de circulation du courant Capteur 13/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T Station de puissance alternative • Quelques résultats Uessai = 100 V cos ϕ = 0,12 Tr = 0 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 14/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ A E P T Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques 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 LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 0 .0 2 T e m p s /S 14/15 L LABORATOIRE ARC ELECTRIQUE ET PLASMAS THERMIQUES http://www.univ-bpclermont.fr/LABOS/laept/ Fonctionnement des Fusibles Etudes expérimentales et théoriques A E P T 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. LAEPT 5e Journées du Réseau Plasmas Froids – 3/6 Octobre 2006 - Bonascre 15/15