INTRODUCTION À LA PROTECTION PAR FUSIBLES
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INTRODUCTION À LA PROTECTION PAR FUSIBLES EDUPACK TRAINING MODULE 2012 SURINTENSITÉS 2 TYPES DE SURINTENSITÉS 2 • Les surcharges • Les courts-circuits EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 SURINTENSITÉS SURCHARGES 3 • Surcharge: inférieure à 8 à 10 fois le courant nominal • Courant de court-circuit: typiquement plus grand que 10 fois le courant normal système – jusqu’à 300 KA. EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 SURINTENSITÉS CAUSE HABITUELLE DES SURCHARGES Manque de maintenance Vieillissement des équipements Problème thermique Accumulation de poussières, salissures, particules étrangères Pièces usées Lubrification insuffisante Capacité insuffisante Usage excessif Surtensions et sous tensions transitoires Qualité de l’énergie Défauts de terre de faible amplitude 4 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 Particules métalliques Dégâts des eaux SURINTENSITÉS CAUSE HABITUELLE DES COURTS-CIRCUITS Elément étranger Défaillance de composants Surtensions Boulons, tournevis, autres objets conducteurs Claquage de semi-conducteur Foudre, commutations, interruptions Défauts de terre de grande amplitude Influences externes 5 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 Court-circuit à la terre Inondations, incendies, vibrations SURINTENSITÉS CONSÉQUENCES DES SURINTENSITÉS Décès, brûlures, cécité (arcs) Personnes Arrêt de production Perte de milliers de dollars ou euros par minute Perte du contrôle du processus Processus permanent, acier dans les fours, pièces non conformes Effet mécanique Effet thermique Equipement endommagé, destruction due à des forces électrodynamiques Equipement endommagé, destruction par des arcs 6 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 SURINTENSITÉS IMPACT DES CONSIDÉRATIONS JURIDIQUES 7 • Les fabricants sont responsables de leurs composants • Les constructeurs sont entièrement responsables de leurs assemblages / équipement • «La responsabilité limitée» est du domaine du passé • Coûts des transactions juridiques augmentent de façon astronomique! (dommages corporels et matériels, arrêts de production, traumatismes psychologiques, dommages très sévères ……) EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 AVANTAGES DU FUSIBLE SÉCURITÉ • Les éléments métalliques à l’intérieur du fusible fondent directement sous l’effet du courant de défaut sans mécanismes intermédiaires, détecteurs etc. • L’ extinction de l’arc est totalement enfermée: absence d’émission de gaz, d’ arcs et de particules en fusion • L’énergie d’un arc est considérablement réduite lorsque le courant crête est limité par un fusible Limitation optimisée de l’énergie = dégâts & blessures minimisés 8 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 AVANTAGES DU FUSIBLE VITESSE / COURANT CRÊTE COMPARAISON DE DISPOSITIFS DE PROTECTION i Disjoncteur non limiteur Disjoncteur limiteur Fusible t 9 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 AVANTAGES DU FUSIBLE • Pouvoir de coupure: jusqu’à 100 000 A, 200 000 A et même 300 000 A • Maintenance avant un court-circuit: aucune • Maintenance après un court-circuit : remplacer le fusible fondu par un nouveau. Rapide et assurance de protéger les équipements avec la même efficacité qu’auparavant 10 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 AVANTAGES DU FUSIBLE SÉLECTIVITÉ • Fusible = arrêt du circuit minimisé, pas de” black out”. • Future extension du système • Faible consommation d’énergie 11 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 AVANTAGES DU FUSIBLE Fiabilité Universel Prix 12 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 CONSTRUCTION D’UN FUSIBLE Elément fusible Eléments fusibles Corps Sable Contacts 13 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 INTERRUPTION DES COURANTS DE COURT-CIRCUIT Courant de défaut IC 0 Prearc Arc tp 14 tt EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 INTERRUPTION DES COURANTS DE COURT-CIRCUIT Sable fondu = fulgurite (substance semblable au verre) 15 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 INTERRUPTION DES SURCHARGES 0 arc Temps de préarc = 0.1s à 4 heures Temps total 16 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 tP INTRODUCTION À LA NORME CEI 60269 CEI 60269-1 Fusibles basse tension 1000 V ac et 1500 V = CEI 60269-2 Systèmes pour des personnes habilitées (applications industrielles ) IEC 60269-3 Systèmes pour des personnes non qualifiées (applications domestiques) Section II : BS88 Section III :10x38,14x51,22x58 Section IV: BS88 Couteaux déportés Section V : équiv. UL 248 Classes J & L usages industriels; protection générale câbles et moteurs 17 CEI 60269-4 Systèmes pour la protection des semi-conducteurs CEI 60269-4-1 Exemples: en préparation CEI 60269-2-1 Section I : système NH Règles générales CEI 60269-3-1 Section I : Neozed & Diazed Section IIA : NF 6A 6,2 x 22,2 - 10A 8,4 x 22,2 16A 10,2 x 25,4 - 20A 8,4 x 31 25A 10,2 x 31 - 32A 10,2 x 37,4 Usages spécifiques : peut aller au delà de 1000 V ac et 1500 V = Section IIB : BS 1361 Section IIC : type C (Italie) Section III : fusibles à broches Section IV : fusibles utilisés dans des fiches prises de courant ( BS 1362) EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 Usages domestiques selon les types et règles des pays INTRODUCTION À LA NORME CEI 60269 Type aM 18 Applications Protection des circuits moteur contre les courtcircuits aR Protection des semi-conducteurs gG Usage général pour la protection des conducteurs gM Protection des circuits moteurs gN Usage général américain pour la protection des conducteurs (fusibles classe J et L) gD Usage général américain pour la protection des conducteurs et des circuits moteur (fusibles Time Delay classes AJT, RK5, A4BQ) gR, gS Protection des semi-conducteurs et des conducteurs gTr Protection des transformateurs gL, gF, gI, gII Fusibles anciens d’usage général remplacé par gG EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 Zone de coupure Grands courants Toute surintensité COURBES CEI TYPIQUES 19 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 SCHÉMA ÉLECTRIQUE GÉNÉRAL D’UNE GRANDE UNITÉ DE PRODUCTION Haute tension G Générateur MT Transformateur HT / MT Moyenne tension : 4.16 KV, 6.6 KV, 7.2 KV Fusibles Moyenne tension Transformateur MT / BT Fusible BT aM Fusible BT gG Fusible BT gG Compresseurs Ventilateurs etc. 20 Fusible BT gG Fusibles pour Semi-conducteurs URD, gRB, gRC etc. Variateur courant continu Fusible BT aM Variateur courant alternatif Eclairage etc. Démarreur progressif Fusible courant continu Moteur courant continu moteurs EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 UPS CHOIX DE LA TENSION NOMINALE D’UN FUSIBLE UFUSE MAX > VCIRCUIT MAX Type de fusible gG, gM, aM, aR(1), gR(1), gS(1) gN, gD (gammes américaines) 21 Tension nominale Tension maximum UN (V) d’emploi UFUSE MAX (V) 230 253 400 440 500 550 690 725 600 600 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PROTECTION DES CÂBLES IB IN I Z IF 1.45 IZ 22 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PROTECTION DES CIRCUITS MOTEUR t 60 s Relais thermique Courbe de dégâts du moteur Fusible limiteur I 23 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PROTECTION DES CIRCUITS MOTEUR Moteurs asynchrones triphasés 1500 trs / mn 220 V 24 380 V Fusibles sélectionnés: classe, tension et calibre 660 V EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PROTECTION DE L’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE Paramètres du fusible Contraintes Tension nominale V FUSIBLE > VENTRE PHASES et V FUSIBLE > V DEFAUT Dans un variateur de vitesse courant continu régénérateur V DEFAUT > VENTRE PHASES La tension des défauts n’est pas toujours une tension alternative (onduleurs & variateur de vitesse courant continu régénérateur ) I FUSIBLE > IRMS Courant nominal le calcul du courant nominal du fusible nécessite l’utilisation de coefficients correcteurs prenant en compte les effets de: • température ambiante à l’intérieur de l’armoire • Refroidissement • dimensions des câbles ou des barres de cuivre connectées au fusible • variations du courant (diminuent la durée de vie du fusible) • la coordination avec un disjoncteur exige une valeur suffisante du courant de fusion à 15 ms Une telle coordination peut imposer un courant nominal du fusible plus grand que celui calculé à partir de la valeur efficace du courant du circuit. I2t total I2t total du fusible < I2t de la jonction du semi-conducteur ou / et I2t total du fusible < I2t d’explosion du boîtier du semi-conducteur Pouvoir de coupure Pouvoir de coupure du fusible > valeur efficace la plus élevée du courant de court circuit I DEFAUT Pouvoir de coupure minimum Pouvoir de coupure minimum du fusible > courant de défaut minimum Tension d’arc Tension d’arc du fusible < tension inverse du semi-conducteur 25 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PONT TRIPHASÉ AVEC UN SEMI-CONDUCTEUR PAR BRAS Diode ou thyristor Fusible Fusible VAC MAX VAC MAX Tension nominale UN du fusible CEI 60269 UL 248 26 Majorité des calibres VAC MAX 1.06 UN Pour certains calibres VAC MAX 1.10 UN Pour certains fusibles 690V VAC MAX 1.05 UN VAC MAX UN EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 PONT TRIPHASÉ AVEC PLUSIEURS SEMI-CONDUCTEURS PAR BRAS Diode ou thyristor VAC MAX Fusible 27 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 VARIATEUR COURANT CONTINU RÉGÉNÉRATEUR Tension nominale UN du fusible UN K AC VAC MAX avec 1.25 K AC 1.70 Fusible Fusibles Fusibles Fusibles Fusible Nécessaires en cas de court circuitage de la machine Voir prochaine diapositive 28 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 VARIATEUR COURANT CONTINU RÉGÉNÉRATEUR COURT-CIRCUITAGE DU GÉNÉRATEUR 29 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 DÉMARREURS PROGRESSIFS ET RELAIS STATIQUES Fusible VAC MAX M 30 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 ONDULEURS + Fusible Inductance E C U Semi-conducteurs + Inductance E C Fusible U Semi-conducteur Fusible - 31 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 SYSTÈMES MULTI-ONDULEURS + DC M VDC AC DC M VDC AC + Source de puissance de courant continu (Batterie ou redresseur ou pile à combustible ou photovoltaïque etc. …) - N onduleurs alimentant des machines triphasées DC M VDC AC 32 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 POSSIBILITÉ DES FUSIBLES EN COURANT CONTINU L / R = f(U) des fusibles 2000 V DC SRD 33 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 VALEURS TYPIQUES DE L/R Equipement Banc de condensateur <1 Batterie <10 Bus bar courant continu principal alimenté par pont triphasé <25 Moteur courant continu 20-60 Traction en courant continu 40-100 Excitation continue des machines 34 L/R en ms EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 1000 EXEMPLES DE POSSIBILITÉS EN CONTINU D’UNE GAMME DE FUSIBLES POUR ALTERNATIF L / R = f(U) Value of Ipm (courant minimum de coupure) Um = f(U) 35 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 DÉFINITION D’UN FUSIBLE SOUS DES CONDITIONS DE COURANT CONTINU Tension Constante de temps L / R Amplitudes des courants de défaut 36 EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012 CONCLUSION : SIMPLEMENT PARFAIT F U S I B L E 37 Fidélité du fonctionnement, Fusion enfermée Universel (toutes applications) Sécurité, Sélectivité, Simplicité Idéal pour la protection générale Bonne tenue des surcharges Limiteur Economique, Excellente protection EduPack Trainng Modules – Introduction à la protection par fusibles - Mersen© 2012
