Ener1 - CM5 - Sécurité électrique

Chapitre 5 − Sécurité / 84

Novembre 2013

Ener1 − Réseaux électriques

Chapitre 5 : Sécurité

Université du Havre, IUT du Havre

Département GEII


Compétences visées :• Utiliser les outils de calcul des réseaux électriques • Mesurer un courant, une tension et une puissance, choisir les bons instruments• Travailler en sécurité (habilitation électrique)• Câbler un équipement sur un réseau monophasé ou triphasé

Pré-requis :• Lois générales de l’électricité: Module SE1 (M1104)• Complexes, intégrales et dérivées: Module Ma1 (M1302)

Objectifs : • Acquérir les bases pour l'étude des circuits électriques et la manipulation des grandeurs qui lui sont liées, en particulier concernant la sécurité électrique

SemestreS1

ModuleRéseaux électriques

RéférenceEner1 (M1101)

Volume horaire60h

(15CM, 24TD, 21TP)

MatièreÉnergie

UEUE11

Ener1 – Réseaux électriques

PPN 2013: Ener1



Contenu :Outils réseaux électriques :

• Représentation dans le plan complexe, vecteurs de Fresnel• Tensions simples et tensions composées• Valeurs moyennes, efficaces, maximum et d’ondulation• Puissance en monophasé et en triphasé• Théorème de Boucherot

Mesures : • Courant, tension, puissance• Instruments de mesure

Câblage sur réseaux :• Réseaux monophasé et en triphasé• Equipements: sectionneur, disjoncteur, transformateur, appareillage• Couplage étoile/triangle

Sécurité électrique :• Schémas de liaison à la terre• Habilitation B1V

PPN 2013: Ener1


Mots-clés :• Réseaux électriques• Energie, puissance• Monophasé, triphasé• Courant, tension• Sécurité électrique, habilitation• NFC 18C510


Prolongements possibles :• Travailler sur des armoires électriques, avec analyse de schémas• Câblage électrique, étude de documentation technique• Modules ERx (Mx203)

Modalités de mise en œuvre :• Montages électriques simples• Câblages électriques• Mesures de courant et de tension en toute sécurité• Exercices en ligne notés: Module AA• Effectifs restreints pour les TP de préparation à l’habilitation électrique

PPN 2013: Ener1


IV) DistributionIV.1) Réseau de distributionIV.2) Norme IV.3) Distribution BT IV.4) Schémas électriques

V) SécuritéV.1) AppareillagesV.2) Schémas de liaison à la terre (SLT)V.3) Courants de court-circuitV.4) Dimensionnement

VI) HabilitationVI.1) Risque électrique VI.2) Prévention et protection VI.3) Hiérarchisation des responsabilitésVI.4) ConsignationVI.5) Habilitations

PPN 2013: Ener1


Objectifs pédagogiques:

• Connaître les éléments essentiels de sécuritédes réseaux électriques.

• Dimensionner des éléments et dispositifs de sécurité.

Capacités requises:

• Décrire les éléments de sécurité constitutifsd’une installation électrique.

• Identifier les fonctions de sécurité requises.

• Repérer sur un plan les éléments de sécurité constitutifsdes différents réseaux d’équipement.

Sécurité

Introduction

Contexte :


Sécurité

Introduction

Fusibles

Sectionneurporte-fusible

Disjoncteur magnéto-thermique

Disjoncteur DDR

Appareillage


Sécurité

Introduction

Installation électrique Protection des circuits

et des personnes


Acheminement

Fourniture

Protection

• Puissance maximale limitée.

• Comptabilisation de la consommation.

• Protection des personnes.

• Protection des installations.

Introduction

Production

Consommationet Protection

"Missions" du réseau électrique :

• Réseau de transport, répartition, distribution.

Sécurité


Un appareil peut assurer une ou plusieurs fonctions .

Le symbole nous renseigneclairement sur les fonctions assurées par l’appareil.

Isoler le circuit de son alimentation

Autoriser ou interromprele passage du courant en fonctionnement normal.

Protéger les circuits et les personnes

Sécurité

I) Appareillages

1.1) Rôle des appareillages


1.2) Eléments de protection

Sécurité

I) Appareillages


• Le rôle d’une installation électrique est d’assurer:– L’alimentation électrique des matériels

– La protection électrique des matériels

– La protection des personnes contre les chocs électriques

– Le sectionnement

• Un défaut d’isolement correspond à : – un court-circuit

– une surcharge

– un contact entre une phase et la masse

• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges

– les personnes

– contre les court-circuits

• Le rôle de cet appareil est de protéger:– contre les surcharges

– les personnes


Sécurité

1.3) QCM1

I) Appareillages


Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande

I) Appareillages

La norme NF C 15-100 définit la manière de réaliser les circuits et

le rôle que doit assurer l’appareillage :

La protection électrique des matériels ,

La protection des personnes contre les chocs électriques,

Le sectionnement ,

La commande – coupure de sécurité


• Surcharge :

• Court-circuit :

• Défaut d’isolement:

Surintensité dans un circuit due à la

surconsommation d’un appareil

Courant de démarrage d’un moteur.

Augmentation instantanée du courant due à

un mise contact entre de deux phases ou

entre une phase et le neutre.

Courant de court-circuit.

Contact entre la masse d’une machine et un

conducteur sous tension

Ecoulement de courant vers la terre.

Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande

I) Appareillages


Rôle:

Protection contre les surcharges(action du déclencheur thermique)

Protection contre les courts-circuits(action du déclencheur magnétique)

Un disjoncteur peut interrompre un circuit quel que soit le courant qui le traverse jusqu’à son PdC: Icu (kA)

PdC: Pouvoir de Coupure ⇔ courant maximal capable d’être interrompu par les appareils de protection (kA).

Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur

I) Appareillages


20

Le déclencheur thermique :

T1 temps de déclenchement minimal,lorsque le bilame est « chaud » .

T2 temps de déclenchement maximal,lorsque le bilame est « froid ».

Le déclencheur magnétique :

T3 temps de réponse le plus rapide

T4 temps maxi de réponse

Le pouvoir de coupure

T2T2

T1T1 T4T4

T3

In: Courant assigné: Intensité correspondant au calibre du dispositif, toujours supérieur au courant d’emploi.

Sécurité


I) Appareillages


Déclenchement entre 3,2 et 4,8 In.

Application: faible puissance de court-circuit - alimentation par de longs de câbles.

Courbe C

Déclenchement entre 7 et 10 In.

Application : protection de circuit standard.

Courbe DDéclenchement entre 10 et 14 In.

Application : protection de circuit ayant un fort appel de courant (transformateur ou moteur).

Courbe B

Sécurité


I) Appareillages


Sécurité


Critères de choix:

I) Appareillages

(http://sitelec.org/download_page.php?filename=cours/abati/download/disjoncteur_divisionnaire_hager.pdf)


L’utilisation : Courant à la mise sous tension (gabarits de déclenchement). Type de déclencheur:

magnéto-thermique, magnétique, électronique, différentiel... Courant d'emploi: IB. Courant admissible: Ia.

Sécurité


Critères de choix:

I) Appareillages

L’installation : Nombre de pôle (unipolaire, bipolaire, tripolaire,tétrapolaire). Tension d'emploi (tension assignée). Courant de court-circuit: ICC3. Pouvoir de coupure: PdC > Icc3.


0 IB IA 1,45.IA

IN IF

I

Canalisation

Protection

Courant d’emploi

Courant admissible

Courant limite

Courant nominal

Courant de

fonctionnement

Sécurité


I) Appareillages


NormeNF C 15-100

Sécurité


I) Appareillages

Courant nominal :IB < IN < IA

Courant de déclenchement :IA < I2 < 1,45.IA

Pouvoir de coupure :PdC > Icc3


Sécurité


I) Appareillages

1,45.IA

IA: Courant admissible:Dépend des câbles, conditions de pose, dispositifs de protecti on.

IAIN: Courant nominal:

Zone de fonctionnement du dispositif de protection.IN

IB

IB: Courant d’emploi:Défini à partir de la puissance apparente des récept eurs et peut

être affecté d’un ou plusieurs coefficient (simultan éité, utilisation).

I2

I2: Courant de déclenchement:Assure le fonctionnement du dispositif de protectio n.

Icc3Icc3: Courant de court-circuit:Défini à partir de l’installation. Fixe la limite su périeure de protection.

PdCPdC: Pouvoir de coupure:Caractéristique du dispositif de protection.


En cas de surintensité:

Sélectivité: seul intervient le disjoncteur

disposé immédiatement en amont du défaut.

Sécurité


Critères de choix:

I) Appareillages

Sélectivité : Ampèremétrique:

calibre amont > calibre aval Chronométrique:

délai amont > délai aval Filiation:

PdC amont > PdC aval


Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique :

I) Appareillages

Courant nominal: IN = 10 ADéclenchement du magnétique:

7 à 10.In (70 à 100A) en 20 ms max.Déclenchement du thermique:

pour 2.In (20A) entre 10 s et 200 s max.

t (s)

I (A)

Limites dedéclenchement

thermique

Limites dedéclenchement

magnétique

DPN-C-10

IN


Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique : déclencheur magnétique

I) Appareillages

Avant déclenchement Après déclenchement



Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Disjoncteur magnéto-thermique : déclencheur thermique

I) Appareillages

Avant déclenchement Après déclenchement



Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR):

I) Appareillages

Ce disjoncteur est équipé d’un déclencheur DDR: il comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont bobinés le ou les circuits des phases et celui du neutre.

Tore magnétique

Relais de déclenchement


Détection thermique

Pôles de l’appareil

Tore magnétique

Bobinages principaux

Elément d'enclenchement /déclenchement manuel

Circuit de test

Enroulement de détection

Détection magnétique

Sécurité

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur DDR:

I) Appareillages


Sécurité

I) Appareillages

1.4) Appareillages de protection et de commande: le disjoncteur Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR):


Sécurité

1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Critères de choix:

I) Appareillages

Rôle: Protéger les récepteurs et les canalisations

contre les surcharges & courts circuits. Fonctionnement:

Au passage d’une intensité importante le fusible subit un échauffement.Energie électrique Energie thermique Fusion de la lamelle.

Enveloppe tubulaireen céramique Fil fusible en alliage

métallique de section précise

Remplissage de poudre de silice pour étouffer l’arc électrique et

assurer l’isolement après la coupure

Embout en cuivre argenté


Sécurité

1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Structure interne:

I) Appareillages

(http://sitelec.org/download.php?filename=cours/abati/download/cartouches_fusibles_legrand.pdf)


Type de fusibles en BT :

gG (ou gI): Applications générales (calibre en noir).

aM : Fusible accompagnement Moteur pour les

fortes surcharges et courts-circuits (calibre en vert).

Type de la cartouche fusible

Intensité nominale

ou assignée

Tension nominale

ou assignée

Sécurité

1.5) Appareillages de protection et de commande: le fusible Critères de choix:

I) Appareillages


• SLT signifie :– Schémas de Liaison à la Terre

– Système de Localisation de Terre

– Système de Liaison de Terre

• Ce dispositif de protection est un : – disjoncteur

– contacteur

– interrupteur différentiel

• Un contact direct correspond au contact avec une pièce métallique:– normalement sous tension

– mise accidentellement sous tension

– mise à la terre

• Un interrupteur différentiel sert à protéger:– contre les surcharges

– les personnes


Sécurité

1.6) QCM1

I) Appareillages


Sécurité

2.1) Problématique

II) Schémas de liaison à la terre (SLT) ou régimes de neutre

Les membranes isolantes des cellules ont une faible tension de claquage . C’est pourquoi l’augmentation de la tension appliquée au niveau des cellules entraîne la perforation de ces parties isolantes .

Ces perforations, qui se produisent de proche en proche entraînent une diminution non linéaire de l’impédance Z:


Article 322-2de la normeNF C 15-100

de 1977

25 50 250 380 Uc (V)

1

2

3

4

5 Peau sèchePeau humide

Peau mouillée

Peau immergée

R (kΩ)

Sécurité

2.1) Problématique


Résistance du corps humain en fonction de la tension de contact et de l’état de la peau:


Sécurité

2.1) Problématique


Temps(ms)

Courant(mA)


Sécurité

2.1) Problématique


La gravité dépend: Du courant Du temps

Temps(ms)

Courant(mA)

Gravité

Le courant électrique traversant le corps humain met en danger une personne au fur et à meure qu’il y a perforation des membranes isolantes des cellules, donc diminution de la résistance du corps humain.


Protection:

Isolation ou enveloppe (IP2X) Protection intrinsèque

Obstacle ou utilisation de la TBTS Protection collective

Sécurité


2.2) Type de contact Le contact direct : Contact avec une pièce métallique normalement sous tension.


Sécurité


2.2) Type de contact Le contact indirect : Contact avec une pièce métallique mise accidentellement sous tension:

Défaut d’isolement

Protection:

Coupure automatique Schéma de Liaison à la Terre

Emploi de matériel isolé Classe de Protection


Sécurité


2.3) Classe de protection

Fig. 1Plaque signalétique d’un matérielde Classe 2:

Isolation renforcée

Fig. 2Symbole d’un matérielde Classe 3:

Fonctionne en TBTIII

Norme IEC 60950-1 : 4 classes de protection électrique


Sécurité


2.3) Classe de protection

Norme IEC 60950-1 : 4 classes de protection électrique

Classe 0 : Isolation fonctionnelle sans prise de terre. Les prises de ceséquipements n'ont pas de broche de terre. Vente interdite en Europe.

Classe 1 : Isolation fonctionnelle avec une broche de terre et une liaison équipotentielle. Ces équipements possèdent une prise de terre sur laquelle sont connectées les parties métallique.

Classe 2 : Isolation renforcée sans partie métallique accessib le. Les prises des équipements de classe 2 ne possèdent pas de broche de terre.

Classe 3 : Fonctionne en très basse tension de sécurité (TBT) (≤ 50 V). L'abaissement de tension est réalisé via transformateur de sécurité, réalisant une isolation galvanique entre primaire et secondaire.


Sécurité


2.4) Indice de protection (IP)

Norme IEC 60529: protections IP "SL": "S" concerne les solides,"L" concerne les liquides.

1er chiffre: "S"

Totalement6

Poussières5

D ≥ 1 mm4

D ≥ 2,5 mm (un tournevis)3

D ≥ 12 mm (un doigt)2

D ≥ 50 mm (une main)1

Aucune0

DescriptionIP

Protections contre les solides

2nd chiffre: "S"

Immersion prolongée8

Immersion7

Mer6

À la lance5

Toutes directions4

Jusqu'à 60° de la verticale3

Jusqu'à 15° de la verticale2

Gouttes verticales1

Aucune0

DescriptionIP

Protections contre les liquides

IP2x:


Sécurité


2.5) Schémas de Liaison à la Terre (SLT)

Norme IEC 60364: SLT

Définition: Les SLT ont pour but de protéger les personnes et le matériel en matière d’isolement. Cet isolement peut se faire par éloignement, ou via des matériaux isolants. Sa détérioration peut entrainer des risques pour les personnes, les biens et la continuité de service.

Un SLT est défini par 2 lettres: TT, IT, TN

1ère lettre: Situation du neutre du transformateur par rapport à la terre- T : liaison directe du neutre à la terre.- I : absence de liaison du neutre à la terre (isolé)

ou liaison par l'intermédiaire d'une impédance.

2ème lettre: Situation des masses de l’installation- T : liaison des masses à une prise de terre distincte.- N : liaison des masses au neutre.


Sécurité


2.5) Schémas de Liaison à la Terre (SLT)

TT

TNs

TNc

IT


Sécurité


2.6) Régime TT

Installé systématiquement sur les installations < 36kW

Coupure au premier défaut d’isolement.

Emploi obligatoire de dispositifs différentiels.TT


Fig.2Interrupteur différentiel + Disjoncteur

Fig.1Interrupteur différentiel

• Interrupteur différentiel assure une coupure en cas de: défaut d’isolement

• Disjoncteur différentiel assure une coupure en cas de: défaut d’isolement court-circuit surcharge

Sécurité


2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR)


Le DDR mesure la différence d’intensité entre la phase et le neutre.

Sécurité




En cas de défaut d’isolement, le dispositif différentiel provoque l’ouverture du circuit si la différence d’intensité entre la phase et le neutre dépasse la valeur de la sensibilité du calibre

Sécurité




Sélectivité chronométrique :Le dispositif amont doit avoir un retard supérieur au temps de

fonctionnement du dispositif aval.

Note: DDR de type S: dispositif retardé

Sélectivité ampèremétrique :Le courant différentiel assigné du dispositif amont doit être au

moins le triple de celui du dispositif aval (I∆namont > 3.I∆naval).

Sécurité


2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR) Sélectivité:


Exemple d’installation:

Sécurité


2.6) Régime TT Dispositif Différentiel à courant Résiduel (DDR) Sélectivité:

La sélectivitéampèremétriqueest-elle vérifiée ?

I∆namont

I∆naval

= ……….


Sécurité


Le dispositif différentiel assure la coupure du circuit ainsi que la protection des personnes pouvant être en contact avec une masse mise sous tension par accident.



• Le neutre n’est engénéral pas distribué.

• L’installation estraccordée au réseauvia un transformateur.

• Nécessité d’unpersonnel qualifié.

Sécurité


2.7) Régime IT Neutre impédant et masse à la terre

• Le neutre du réseau est isolé de la terre ou mis à la terrevia une impédance de forte valeur (neutre impédant).


• Signalisation du premier défaut par le Contrôleur Permanent d’Isolement (CPI) Recherche & Elimination du défaut. Continuité de service en exploitation

Sécurité




Au deuxième défaut, apparition d’un court-circuit entre les deux défauts Coupure immédiate par le déclenchement du disjoncteur.

Sécurité




Sécurité


2.7) Régime TNc Conducteurs de neutre et de terre confondus

Liaison équipotentiel entre la terre du neutre du réseau et la terre des masses de l’installation. Réseaux privés alimentés par transformateur. Puissance de l’installation

entre 36 et 250kW. Personnel d’entretien

qualifié.


Un défaut d’isolement se traduit par un courant de court-circuit entre le PEN et le transformateur, est coupé par le dispositif de protection contre les courts-circuits

Sécurité


2.7) Régime TNc Conducteurs de neutre et de terre confondus


• Le calibre des protections dépend de l’impédance de boucle de défaut.

• TNs : coupure de tous les conducteurs actif y compris le neutre.

Sécurité


2.8) Régime TNs Conducteurs de neutre et de terre séparés


Sécurité


2.8) Régime TNs Conducteurs de neutre et de terre séparés

Un défaut d’isolement se traduit par un courant de court-circuit, entre le PE et le transformateur, est coupé par le dispositif de protection contre les courts-circuits.


Borne de terre

2 mmini

Piquetvertical

Grillagehorizontal

Conducteurenfouit

horizontalement

Plaquemince

verticale

Sol La qualité d’une prise de terre (résistance faible) dépend de : La réalisation; La résistance du sol.

Une prise de terre consiste à relier par un fil conducteur, les masses métalliques qui risquent d’être mises accidentellement sous tension.

Sécurité


2.9) Prise de terre Masse métallique enterrée


Sécurité



Courant nominal du DDR

Valeur maximumde la terre

30 mA 1677 ΩΩΩΩ

100 mA 500 ΩΩΩΩ

300 mA 167 ΩΩΩΩ

500 mA 100 ΩΩΩΩ


66

La mise à la terre consiste à relier par un fil conducteur, les masses métalliques risquant d’être mises accidentellement sous tension.

Sécurité




A

B C

TRQ1

Sécurité

III) Courants de court-circuit

3.1) Contexte Distribution BT Le calcul des courants de court circuit définit:

Le pouvoir de coupure des dispositif de protection. La section des conducteurs (contrainte thermique).


Au point B, le courant de court circuit ICCB est défini par :

l’impédance interne du transformateur,

l’impédance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur.

Au point C , le courant de court circuit ICCC est défini par :

l’impédance interne du transformateur,

l’impédance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur,

l’impédance du câble C1.

ICCB > ICCC

Réseau amont

Transformateur TR

Disjoncteur Q1

Câble C1

Tableau général basse tension TGBT

(jeu de barres)

Sécurité


3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit Un court-circuit se produit après le transformateur


V : tension simple au secondaire

Ra : résistance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur

Xa : réactance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur

Rt : résistance du transformateur ramenée au secondaire

Xt : réactance du transformateur ramenée au secondaire

Rc : résistance d’une phase du câble C1

Xc : réactance d’une phase du câble C1

Sécurité


Un court-circuit se produit après le transformateur Modélisation du réseau pour une phase, côté BT:

3.2) Calcul de l’intensité de court-circuit


V1

V3

V2

XphRph

Rph

Rph

Xph

Xph

Icc3

Calcul de l’intensité de court-circuit en triphasé Icc3 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre 3 phases:

3 2 2 2 23.cc

V UI

Rph Xph Rph Xph= =

+ +∑ ∑ ∑ ∑

Le courant Icc3 définit: le pouvoir de coupure

minimum du dispositif de protection. la contrainte thermique

maximale exercée sur les conducteurs.

amont transfo cable

amont transfo cable

Rph R R R

Xph X X X

= + + = + +

Sécurité



avec


Au point B, le courant de court circuit ICCB est défini par :

Les impédances Ra, Xa, Rt & Xt.

Au point C , le courant de court circuit ICCC est défini par :

Les impédances Ra, Xa, Rt, Xt, Rc & Xc.

2 23. ( ) ( )ccB

UI

Ra Rt Xa Xt=

+ + +

Réseau amont

Transformateur TR

Disjoncteur Q1

Câble C1

2 23. ( ) ( )ccC

UI

Ra Rt Rc Xa Xt Xc=

+ + + + +

Sécurité


Calcul de l’intensité de court-circuit en triphasé Icc3 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre 3 phases:



V1

V3

V2

XphRph

Rph

Rph

Xph

Xph

Icc1

U

XnRn

Sécurité


Calcul de l’intensité de court-circuit en monophasé Icc1 Courant de court-circuit par une liaison électrique entre phase et neutre:


( ) ( )1 2 2

3.cc

UI

Rph Rn Xph Xn=

+ + +∑ ∑ ∑ ∑

Le courant Icc1 définit: le seuil de

déclenchement du déclencheur magnétique du disjoncteur. la contrainte thermique

exercée dans le câble.

amont transfo cable

amont transfo cable

Rph R R R

Xph X X X

= + + = + +

avec


Valeurs Ra et Xa du réseau amont:

Sécurité


Détermination des impédances du réseau amont: Ra et Xa Dépend de la puissance de court circuit du réseau amont


Scc (MVa)

250

250

500

500

U (V)

237

410

237

410

Ra (mΩ)

0.033

0.100

0.017

0.050

Xa (mΩ)

0.222

0.700

0.111

0.350


Valeurs Rt et Xt du transformateur ramenées au secondaire:

Sécurité


Détermination des impédances de transformateur: Rt et Xt Dépend de la puissance et du rapport de transformation



ρcuivre = 22,5 mΩ.mm2/m

ρalu = 36 mΩ.mm2/m.C

LR

S

ρ=

Xc(mΩ)= 0,08 . L(m) (câbles multipolaires ou câble triphasé)Xc(mΩ)= 0,13 . L(m) (câbles monopolaires jointifs en nappe)Xc(mΩ)= 0,09 . L(m) (câbles monoconducteurs séparés)Xc(mΩ)= 0,13 . L(m) (jeu de barres)

S: Section (mm2)

L: Longueur (m)

Sécurité


Détermination des impédances de ligne: Rc et Xc Les valeurs Rc et Xc du câble dépendent de la nature et du mode de pose:


La résistance Rc est liée à la nature du câble:

La réactance Xc est liée au mode de pose du câble:

avec

et


Pour le réseau amont (ramené au secondaire du transformateur):

Pour le transformateur:

U (V): Tension entre deux phases côté secondaire du transformateur

Scc (VA): Puissance de court circuit du réseau amont

Pcu (W): Pertes cuivre du transformateur

Sn (VA): Puissance apparente nominale du transformateur

Ucc (%): Tension de court circuit du transformateur (exprimée en %)

2

acc

UZ

S= 0,15a aR X= 2 2

a a aZ R X= +

2

(%)t ccn

UZ U

S= 2 2

t t tZ R X= +2

2t cun

UR P

S=

Sécurité


3.3) Synthèse: Relations à connaître

avec :


Réseau amont

Disjoncteur Q1

Câble C1

Tableau général basse tension TGBT

(jeu de barres)

Caractéristiques de cette installation :

Réseau amont Scc = 500 MVA

Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,UCC = 6% et Pcu = 5 kW

Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,longueur de trois mètres

Calculer par la méthode des impédances la valeur du courant de court circuit Icc,B et Icc,C

Sécurité


3.4) Application: Calcul de l’intensité de court-circuit


Réseau amont

Disjoncteur Q1

Câble C1


Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,

UCC = 6% et Pcu = 5 kW

Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,

longueur de trois mètres

TGBT

Sécurité



0,

3cc B

B

UI

Z=

2 20

6

4100,336 mΩ

500.10acc

UZ

S= = =

2 20

6

410(%) 0,06 25,2 m

400.10t ccn

UZ U

S= = = Ω

0 0, 3

410

3 3( ) 3.25,5.10cc B

B a t

U UI

Z Z Z −= = = =

+ ICC,B = 9264 A soit ICC,B = 9,3kA

avec B s a tZ Z Z Z= = +∑

et


Réseau amont

Disjoncteur Q1

Câble C1


Transformateur 20kV/410V, 400 kVA,

UCC = 6% et Pcu = 5 kW

Câble C1 = 3 x 150 mm2 par phase en Cu,

longueur de trois mètres

Sécurité



96

322,5.10 0,15 m

3 150.10cable

LR

Sρ −

−= = = Ω×

0,08 0,08 3 0,24 mcableX L= = × = Ω

0, 3

410

3( ) 3 25,8.10cc C

a t cable

UI

Z Z Z −= = =

+ + ×

TGBT

ICC,C = 9163 A soit ICC,C = 9,2 kA

avec0,

3cc C

C

UI

Z= C s a t cableZ Z Z Z Z= = + +∑

et

soit 2 2 2 20,15 0, 24 0, 283 mcable cable cableZ R X= + = + = Ω


Sécurité

IV) Dimensionnement

4.1) Conception: Critères

Contrainte thermique:Grandeur conventionnelle qui dépend de l’énergie thermique limitée par un fusible lors de sa coupure. Cette contrainte thermique s’écrit: I2.t (A2.s).

Pourquoi faut-il limiter la contrainte thermique ?L’énergie dégagée par le court-circuit, s’il n’est pas limité, peut vite entraîner la destruction de l’installation.

t (s)

I (A)f.IZ

Courantd’emploi

IB

Zone de surchauffe du câble

Contrainte thermique


Sécurité

IV) Dimensionnement

4.2) Dissipation thermique Résistance du câble Dépend de la nature et de la géométrie du câble

Au passage d’une intensité importante, un conducteur réel subit une dissipation thermique définie par la loi de joule:

Cette énergie électrique se transforme en énergie thermique et provoque un échauffement du câble. Cette chaleur cause non seulement des pertes, mais entraîne un vieillissement accéléré, voire devient une source de défaut électrique.

2. .JouleE R I t=.L

RS

ρ=avec

Afin de pallier cet effet, on limite le plus souvent la densité de courant dans le câble à une valeur déterminée par des formules empirique ou abaques, typiquement de l’ordre de 1 à 5 A/mm2 selon les configurations.


Sécurité

IV) Dimensionnement

4.3) Densité de courant Résistivité du conducteur Dépend de la nature du câble

Déterminer les densité de courant J (A/mm2) préconisées par cette table.

J (A/mm 2)J (A/mm 2)


Sécurité

IV) Dimensionnement

4.3) Densité de courant Résistivité du conducteur Dépend de la nature de la charge Charge résistive: type convecteurs électriques

Déterminer les densité de courant J (A/mm2) préconisées par cette table.

I (A) J (A/mm²)

632257250

425205750

2,520164500

1,510102250

S (mm²)

Calibre Disjoncteur (A)

Calibre Fusible (A)

Pmax (W)


Sécurité

Conclusion

Déterminer le courant I (A) traversant le corps. Est-il dangereux ?

Rester branché… et en bonne santé… implique un respect des règles et consignes de sécurité …

Application: Contact direct entre la phase V = 230 V et le neutre.La main est en contact avec la phase et relie le corps humain de résistanceRh = 1 kΩ et les chaussures aux pieds de résistance Rp = 2 kΩ.

V

Rh

Rp

Ph

N

I

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