Rapport 2009 Chapter III

8/16/2019 Rapport 2009 Chapter III

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Les choix concernant la protection des transformateurs MT/BT peuvent paraître simples car ils résultentsouvent des habitudes des concepteurs de réseaux électriques, voire d’une politique dictée par desconsidérations technico-économiques !n fait, les choix sont " faire en fonction de la technolo#ie destransformateurs, des t$pes de char#es qu’ils alimentent, et surtout des a#ressions qu’ils subissent

Les contraintes subies par les transformateursLes transformateurs sont soumis " de nombreuses contraintes électriques externes en provenance del%amont et de l%aval Les conséquences d%une défaillance éventuelle peuvent &tre tr's lourdes en termes dedé#(ts ainsi qu%en termes de perte d%exploitation Les transformateurs doivent donc &tre proté#és contre lesa#ressions d%ori#ine externe d%une part, et séparés du réseau en cas de défaillance interne d%autre part

Contraintes en exploitation et modes de défaillance

Mises sous, et hors tension :Les ) manoeuvres * d%un transformateur de distribution se limitent " la mise sous tension et " la mise hors tension!n distribution publique, ces manoeuvres sont exceptionnelles et ne correspondent pas réellement " de l%exploitation

Toutefois, les transformateurs sont mis sous et hors tension lors des interventions des dis+oncteurs du réseau amont,$ compris lors des c$cles de réenclenchements es refermetures rapides peuvent entraîner la mise sous tensionavec un fort flux rémanent, ce qui #én're des courants d%enclenchement particuli'rement élevésans des process industriels ou tertiaires, les m&mes manoeuvres peuvent &tre réalisées de mani're s$stématiquepour des démarra#es/arr&ts de procédés ou ouvertures-fermetures de sites par exemple uand la char#e connectéeau transformateur est maîtrisée, on peut choisir d%effectuer la mise sous tension en char#e ou hors char#e

Surtensions externes :Les transformateurs de distribution sont soumis " des surtensions transitoires en provenance des réseaux auxquelsils sont connectés .es surtensions proviennent soit de chocs de foudre directs ou induits sur les réseaux MT ou BT

cf .ahier Technique n° 012 3 La foudre et les installations électriques MT4, soit de la transmission par le niveau MT

de surtensions de manoeuvre #énérées sur le réseau amontLors de la mise hors tension par un appareilla#e situé immédiatement en amont, des surtensions peuvent &tre#énérées par l%ensemble transformateur - appareilla#e de coupure - circuit d%alimentation, entraînant alors une

sollicitation diélectrique du transformateur .ette sollicitation se traduit par un vieillissement prématuré, ou m&me parun défaut d%isolement entre spires, ou " la masseLes conditions les plus critiques sont obtenues lors de la mise hors tension de transformateurs non char#és, par desor#anes de man5uvre capables d%interrompre des courants " haute fréquence tels que les dis+oncteurs " videL%utilisation de tels appareilla#es en tant que mo$en de manoeuvre d%exploitation est donc " envisa#er avecprécautions

Surcharges :Les échauffements admissibles dans les différentes parties du transformateur, en tenant compte des valeurs limitesd%échauffement fournies par les normes, basées sur une durée de vie escomptée liée au vieillissement des isolants,caractérisent un fonctionnement permanent6n courant de valeur supérieure " la valeur assi#née correspond " un fonctionnement en surchar#e 6ne situationde surchar#e maintenue, entraîne un dépassement des échauffements sur certains points du transformateur selonsa construction4 et, dans le cas d%une température ambiante élevée, un dépassement des températures admissiblesLa distinction entre échauffements et températures est importante car elle permet d%apprécier différemment la criticitéde certaines situations de surchar#e 7 titre d%exemple, une surchar#e liée aux chauffa#es électriques en périoded%hiver en ré#ion froide n%entraînera pas les m&mes conséquences qu%une surchar#e de m&me niveau liée auxclimatiseurs en période d%été en pa$s chaudToutefois, dans des conditions de fonctionnement anormales ou exceptionnelles, il est admis de passer outre auxlimitations, éventuellement au détriment de la durée de vie.ela peut &tre préférable " une interruption de service du fait d%un dépassement momentané de puissanceLes crit'res admissibles de surchar#es, comme la température ambiante, le fonctionnement avec des char#esc$cliques, etc, sont traités dans le cahier technique sur les transformateurs de distribution


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Distribution publique : !n distribution publique, la surchar#e n’entraîne #énéralement pas ladéconnexion du transformateur, la priorité étant donnée " la continuité de service " court terme 8arailleurs, les circuits basse tension sont tou+ours surdimensionnés et la surchar#e du transformateur necorrespond +amais " une surchar#e des conducteurs BT 9i les situations de surchar#e se rép'tent tropsouvent, le distributeur est amené " remplacer le transformateur par un mod'le plus puissant.ertains distributeurs utilisent des maxim'tres de courant afin de pouvoir suivre l%évolution despuissances de pointe appelées sur chaque transformateurDistribution industrielle : ans une installation industrielle, une situationde surchar#e peut &tre de courte durée, liée par exemple " une phase de démarra#e de machines, oususceptible de se prolon#er dans le cas d%un mauvais foisonnement des char#esans ces installations, le tableau #énéral basse tension immédiatement en aval du transformateur estéquipé de dis+oncteurs qui prot'#ent contre une situation de surchar#e prolon#ée La #estion est donceffectuée c:té BT, soit par des procédures de délesta#e pour des installations complexes, soit par undéclenchement #énéral si aucun déclenchement divisionnaire n%intervient auparavantDistribution tertiaire : ans les installations du secteur ) #ros tertiaire *, qui concernent des immeublesde bureaux, des centres commerciaux, etc, les crit'res de continuité de service sont importants;l n’$ a pas de char#e ponctuelle présentant des ré#imes de démarra#e ou un comportement similaire Ledélesta#e est nécessaire en cas de surchar#e du transformateur et peut &tre effectué aux dépensd’applications non prioritaires, par exemple le chauffa#e ou la climatisation La fonction ) délesta#e * estde plus en plus souvent inté#rée dans la


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ransformateurs # isolation solide- es contraintes mécaniques anormales chocs, efforts de serra#e de connexions4 peuvent fissurerl%isolant, permettant des amorDa#es entre spires ou vers des masses avoisinantes

- La fissuration d%isolant peut é#alement &tre la conséquence d%un vieillissement thermique anormal lié "une mauvaise utilisation du transformateur- es imperfections de moula#e de l%isolation solide peuvent donner naissance au phénom'ne dedéchar#es partielles, si des bulles sont présentes dans l%isolant " des endroits " champ électrique élevé.e phénom'ne provoque une dé#radation interne de la mati're +usqu%" l%apparition d%un défaut ma+eur- La présence de polluants externes poussi'res4 sur de tels transformateurs perturbe la répartition descontraintes diélectriques en surface +usqu%" l%apparition de défauts d%isolement- L%approche de masses métalliques " une distance inférieure " la distante prescrite par le constructeurpeut créer localement une contrainte excessive pour l%isolation

$rotection contre les surtensions par éclateurs et parafoudres

eux mo$ens de protection contre les surtensions sont utilisés de mani're lar#e 3 les éclateurs etles parafoudres Les éclateurs sont les dispositifs les moins coEteux et les plus rustiques ;ls sontutilisés exclusivement sur les réseaux aériens Les parafoudres offrent une protection plusperformante, mais pour un coEt notablement plus élevé

Les éclateurs :L%éclateur est un dispositif simple constitué de deux électrodes dans l%air la premi're reliée auconducteur " proté#er, la deuxi'me reliée " la terre La limitation de tension aux bornes est effectuéepar l%amorDa#e de l%intervalle d%air .e mode de fonctionnement présente un certain nombred%inconvénients 3

6ne forte dispersion du niveau d%amorDa#e

en résulte, fonction des conditionsd%environnement humidité, poussi're, corpsétran#ers4 Le niveau de protection dépend de la

raideur du front de la surtension !n effet, l%air présente un comportement ) retard "l%amorDa#e * qui fait qu%une surtensionimportante " front tr's raide entraîne l%amorDa#e" une valeur de cr&te notablement supérieure auniveau de protection souhaité voire fi#ure4 6n courant de défaut " la terre apparaît lors

de l%intervention de l%éclateur .e courant ) desuite *, dont l%intensité dépend du mode de mise" la terre du neutre du réseau, ne peut#énéralement pas s%éteindre spontanément etimpose l%intervention d%une protection en amont


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Les parafoudres

8our palier les inconvénients des éclateurs, différents mod'les de parafoudres ont étéconDus dans le but d%assurer une meilleure protection des installations et unebonne continuité de service

Les parafoudres " résistance variable avec éclateur sont les plus répandusdans les installations FT et MT en exploitation depuis quelques années La tendanceactuelle est vers les parafoudres " ox$de de Ginc qui poss'dent des performancesmeilleures

· Les parafoudres à résistance variable avec éclateur :

ans ce t$pe de parafoudre, on associe " un éclateur une résistancevariable qui limite le courant apr's passa#e de l%onde de choc

7pr's écoulement de l%onde de choc " la terre, le parafoudre n%est soumisqu%" la tension du réseau, et le courant de suite se trouve limité par la

varistanceL%extinction de l%arc se fait s$stématiquement apr's le passa#e " Gérode l%onde " =A FG du courant de défaut monophasé " la terre

. Caractéristiques : Les parafoudres " résistance variable sont caractériséspar 3

- la tension assi#née, qui est la valeur spécifiée maximale de la tensionefficace " fréquence industrielle admissible entre ses bornes pourlaquelle le parafoudre est prévu pour fonctionner correctement

- le pouvoir d%écoulement du courant de choc

- les tensions d%amorDa#e pour les différentes formes d%onde fréquence

industrielle, choc de manoeuvre, et de foudre, 4

· Parafoudre à oxyde de zinc ( Zn ! :

Le parafoudre " ox$de de Ginc est constitué uniquement d%une résistancevariable fortement non linéaire

La résistance passe de 0,= MΩ " la tension de service ce qui correspond

" un courant de fuite inférieur "0A m74 "0=Ω pendant la déchar#e 7pr's le

passa#e du courant de déchar#e, la tension aux bornes du parafoudredevient é#ale " la tension du réseau , le courant qui traverse leparafoudre est tr's faible et se stabilise autour de la valeur du courantde fuite " la terre

. Caractéristiques : Les parafoudres HnI sont caractérisés par 3

- La tension de ré#ime permanent qui est la valeur spécifiée admissible dela tension efficace " fréquence industrielle qui peut &tre appliquée defaDon continue entre les bornes du parafoudre

- La tenue aux chocs de courant " front raide 0 µs4, de foudre 2/@A µs4, delon#ue durée, de man5uvre

- Le courant nominal de déchar#e


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$rotection contre les surcharges

$rotection par mesure de courantLa protection contre les surchar#es doit intervenir avec un seuil compris entre 00A et 0=A ?du courant assi#né et avoir, de préférence, un fonctionnement " temps dépendant !lle peut&tre placée c:té MT ou c:té BT8lus la puissance du transformateur est faible, plus le positionnement de la protection c:tébasse tension est adapté ;nversement, plus la puissance est importante, plus le choix d’uneprotection MT est +udicieux

$rotection c%té M : La protection contre les surchar#es c:té MT est intéressante lorsqu’il

s’a#it de transformateurs de forte puissance avec dis+oncteur MT associé " des protections" source auxiliaire .es protections peuvent &tre " temps constant ou " temps dépendant!lles assurent é#alement la protection contre les forts courants de défaut h$poth'se dedéfaut MT4 ans tous les cas, les impératifs de sélectivité avec les protections bassetension devront &tre respectés$rotection c%té B : La protection c:té BT est facile " réaliser par un dis+oncteur #énéralBT .e t$pe d’appareil dispose d’une courbe " temps inverse dite thermique ou lon# retard4qui #énéralement surprot'#e le transformateur !n effet, la constante de temps et l’inertieprises en compte pour définir cette courbe sont celles des canalisations basse tension, quisont plus faibles que celles du transformateur

$rotection par la mesure de température

Le contr:le de la température des enroulements est l’action la plus pertinente car c’est latempérature qui #én're le vieillissement des isolantsToutefois, les échauffements se produisant sur les parties sous tension, la mesure ne peut#énéralement pas &tre effectuée directement sur ces points La faible vitesse de variationdes températures pour des courants dans le domaine de la surchar#e, du fait de l%inertiethermique du transformateur, permet de considérer que la mesure reste représentativeLe cas d%une élévation rapide de température des enroulements est normalement #éré parune détection de surintensité8our les transformateurs de t$pe immer#és, c%est #énéralement la température de l%huile quiest prise comme indication !n effet, le liquide diélectrique intervient comme réfri#érant vis-"-vis des enroulements et tend " homo#énéiser la température " l%intérieur dutransformateur .ette mesure de température peut &tre réalisée par un thermostat capable

de fournir de mani're autonome une information sur un contact de sortie !ventuellement,deux seuils peuvent &tre utilisés pour définir un niveau d%alarme, entraînant par exemple desdélesta#es ou un refroidissement forcé, et un niveau de déclenchement 6ne telle fonctionest incluse dans les dispositifs comme le


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Coupe circuit # poudre # fusible mo&enne tension

1 - D'M()*! D+($$L)C()'*

La présente 9pécification Technique s%applique aux coupe circuits " fusibles mo$enne tension " poudreet " courant alternatif triphasé, destinés " &tre installés " l%intérieur des postesMT/BT, de tension assi#née @J K et de fréquence =A FGLe coupe circuit " fusible est dési#né dans ce qui suit par coupe circuit.ette spécification technique définit les conditions auxquelles doivent satisfaire les coupe circuits "fusibles mo$enne tension " poudre, en ce qui concerne la conception, la fabrication, lescaractéristiques nominales et les essais de qualification et de réception " réaliser dans le but d’établirleur conformité aux exi#ences demandées par l’Iffice Cational de l’!lectricité

2 – *'M!S D! !!!*C!

Le .oupe-circuit doit répondre aux dispositions de la présente 9pécification technique et " toutes lesprescriptions qui n%$ sont pas contraires, prévues dans les normes de référence, " savoir 3- .!; 1A @2@-0 3 usibles " haute tension N partie 03 fusibles limiteurs de courantO- .!; 1A @2@-P3 usibles " haute tension N partie P 3 étermination du facteur de puissance d’un court circuit lors desessais des fusibles limiteurs de courant et des fusibles " expulsion et de t$pe similaireO- .!; 1A PA= 3 ;solateurs pour li#nes aériennes de tension nominale supérieure " 0AAA N !lémentsd%isolateurs en mati're céramique ou en verre pour s$st'mes " courant alternatif

N .aractéristiques des éléments d%isolateurs du t$pe capot et ti#eO- .!; 10 0AQ 3 ;solateurs composites destinés aux li#nes aériennes " courant alternatif de tensionnominale supérieure " 0AAA O définitions, méthode d%essai et crit'res d%acceptationO

- .!; 10 J11-0 3 ;solateurs composites pour li#nes aériennes de tension nominale supérieure " 0AAAN 8artie 03 .lasses mécaniques et accrocha#es d%extrémité standardsLes textes applicables sont ceux des éditions les plus récentes des normes précitées

3 – D!SC)$)

Généralités : Le .oupe-circuit ob+et de la présente 9pécification Technique doit &tre- de t$pe limiteur de courantO- " fusion enferméeO- de classe fusible associée- équipé d%un percuteurLe .oupe circuit est constitué d%un élément mobile appelé élément de remplacement fusible et d%unsupport fixe correspondant

Le support est constitué d’une porte élément de remplacement et d%un socle comportant des isolateurs,des bornes et des pi'ces métalliques de contactLes pi'ces métalliques de contacts et les bornes du socle doivent &tre conDues et dimensionnées pourpermettre le passa#e du courant nominal et les courants de défautsLes définitions des éléments constitutifs du .oupe circuit sont celles prescrites par l%article J de lanorme .!; 1A @2@-0


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Elément de remplacement : L%élément de remplacement est constitué d%une enveloppeisolante " l%intérieur de laquelle est disposé l%élément fusible dans une poudre d%extinctiond%arc L%enveloppe est fermée " ses deux extrémités par des pi'ces métalliques de contactscapsules d%extrémité4 et équipée de percuteur t$pe intérieur servant d%indicateur visuel defusionLes capsules assurant le contact électrique doivent avoir les c:tes indiquées sur le schéma

+oint en annexeL%enveloppe isolante doit &tre parfaitement étanche et conDue de faDon " supporter sanséclatement, les contraintes électriques, thermiques et mécaniques dues " la rupture del%élément fusible ainsi que les chocs pouvant lui &tre appliquésLes pi'ces métalliques de contact de l%élément de remplacement doivent &tre conDues defaDon " assurer une parfaite étanchéité afin qu%aucune trace d%humidité ne parvienne "l%intérieur de l%élément de remplacement

$rotection par dis.oncteur M, organes de déclenchement associés

L%utilisation d%un dis+oncteur procure comme avanta#es principaux de ne pas présenter decourants critiques - le dis+oncteur est capable d%interrompre tous les courants inférieurs " sonpouvoir de coupure - et d%offrir une #rande souplesse dans le choix des crit'res d%interventionLes solutions techniques proposées sont fréquemment plus coEteuses avec des dis+oncteursqu%avec des fusibles, interrupteurs fusibles ou combinés Toutefois, certaines réalisations,particuli'rement en appareilla#e compact de t$pe >in# Main 6nit, offrent des solutionsdis+oncteurs " des coEts unitaires similaires " ceux des solutions utilisant des fusibles

/01 Crit2res de choix d+une courbe de déclenchement

3énéralités :

Les protections " maximum de courant interviennent lorsque la valeur d%un courant dépasseune valeur déterminée pendant un temps déterminé Les protections dites ) " tempsdépendant *, pour lesquelles la durée de déclenchement dépend de la valeur du courant quicircule, sont les plus utilisées !n effet, elles permettent de concilier des temporisationsimportantes dans les Gones de courant faible surchar#e ou défaillance interne ) +eune *4avec une intervention rapide en cas de défaut ma+eurLa courbe courant-temps du relais assure é#alement le non déclenchement lors dephénom'nes transitoires comme les courants d%enclenchement8lusieurs courbes sont proposées par la normalisation internationale .!; @==4 qui ontl%avanta#e de permettre une sélectivité entre dis+oncteurs mo$enne tension%autres courbes sont proposées par les constructeurs, mieux adaptées " la protection destransformateurs de distribution

Sélecti"ité :

La sélectivité consiste " ne déclencher que la protection la plus proche du défaut, de mani're" minimiser la partie de l’installation ou du réseau mise hors serviceIn distin#ue trois t$pes de sélectivité 3


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Sélectivité ampèremétrique : La sélectivité amp'remétrique repose sur des ré#la#es decourant de déclenchement décroissant vers l%aval du réseau 8lus on est pr's duconsommateur, plus le courant ré#lé sera faible .%est la sélectivité amp'remétrique qui estpar exemple utilisée dans les tableaux résidentiels un dis+oncteur #énéral JA ou 1P 7

différentiel en t&te, et des dis+oncteurs 0A " P@ 7 pour les différents équipements de lamaison4

Sélectivité chronométrique : La sélectivité chronométrique a#it indépendamment ducourant In au#mente la temporisation #énéralement PAA ms4 par éta#e de réseau 7insi, onattend " chaque niveau que les niveaux avals aient le temps de couper le défaut, avant decouper une plus #rande partie du réseau

Sélectivité logique : La sélectivité lo#ique requiert un échan#e d%informations entre lesdifférents or#anes de protection !n effet, la premi're protection détectant un défaut envoie unordre de ) bloca#e * aux autres protections, les emp&chant ainsi de déclencher


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/05 Dis.oncteur B :

Le dis+oncteur est un appareil électroma#nétique capable d’établir, de supporter etd’interrompre des courants dans des conditions normales, mais surtout dans celles ditesRanormalesR, c’est-"-dire 3- surchar#e- court-circuit;l s’ouvre alors automatiquement 7pr's élimination du défaut, il suffit de le réarmer par uneaction manuelle sur la manette

- Composition du produit (magnéto – thermique :;l est constitué par 3

0 Manette servant " couper ou " réarmer le dis+oncteur manuellement !lle indique é#alement l%état du dis+oncteur ouvert ou fermé4

@ Mécanisme lié " la manette, sépare ou approche lescontacts

P .ontacts permettant au courant de passer lorsqu%ils setouchent

J .onnecteurs

= Bilame

1 is de calibration, permet au fabricant d%a+uster laconsi#ne de courant avec précision

S 9ous-ensemble ma#nétique

2 >éducteur d%arc

- !emarque :

.ertains dis+oncteurs ne comportent pas de sous-ensemble thermique mais uniquementma#nétique ex 3 série MC4 .es dis+oncteurs sont destinés contre les courants de court-

circuit, ils ne déclenchent pas en cas de surchar#e


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Conclusion 0

Le choix concernant la protection des

transformateurs de distribution (MT/BT) estrelativement complexe car cela nécessite deprendre en compte un grand nombre deparamètres et plusieurs choix techniquespeuvent tre retenus pour assurer un mmet!pe de protection"Le transformateur est généralement spéci#éen premier lieu" $ependant% au&del' descritères liés aux besoins fonctionnels du

transformateur tels que la puissance ou lestensions de service% ou liés aux conditionsdinstallation (présence dharmoniques%risques de surcharge)% lutilisateur devradé#nir ses choix en termes de politiquedexploitation et de protection & sécurité des personnes et des installations%ou manifestations extérieures en cas dedéfaut%& continuité de service ou longévité des

matériels%& co*t dinvestissement face aux probabilitésde défaut"

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