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Serge THÉOLEYRE : Normalisation et communication technique Transport et distribution Schneider Electric
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Depuis les centrales de production, l’énergie électrique est acheminée jusqu’aux points de consommation par un réseau électrique formé d’un maillage ou d’une arborescence de liaisons, lignes ou câbles, comme on le voit sur la figure 1.
Il est indispensable de pouvoir couper le courant en tout point du réseau pour des raisons d’exploitation et de maintenance ou pour protéger le réseau lorsqu’il y a un défaut. Il faut également pouvoir le rétablir dans diverses situations normales ou de défaut. Pour cela, on emploie des appareils de déconnexion dont le
choix dépend de la nature des courants à couper et du domaine d’application (tableau A).
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Ces courants peuvent être classés en trois catégories :
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courants de charge, par principe inférieurs ou égaux au courant assigné I r ; le courant assigné I r est la valeur efficace du courant que le matériel doit être capable de supporter indéfiniment dans des conditions prescrites d’emploi et de fonctionnement ;
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courant de surcharge, lorsque le courant dépasse sa valeur assignée ;
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courant de court-circuit, lors d’un défaut sur le réseau, dont la valeur dépend de la puissance de la source, du type de défaut et des impédances amont du circuit.
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De plus, que ce soit à l’ouverture, à la fermeture ou en service continu, tous ces appareils sont soumis à des contraintes :
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diélectriques (tension) ;
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thermiques (courants normaux et courants de défaut) ;
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électrodynamiques (courant de défaut) ;
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mécaniques.
Les contraintes les plus importantes sont liées aux phénomènes transitoires qui interviennent lors des manœuvres et lors des coupures avec arc électrique de courants de défaut. Cet arc a un comportement difficile à prédéterminer malgré les techniques actuelles de modélisation.
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L’expérience, le savoir-faire et l’expérimentation contribuent donc toujours et dans une large mesure à la conception des appareils de coupure. Ces appareils sont dits « électromécaniques » car, aujourd’hui encore, la coupure statique en moyenne et haute tension n’est pas technico-économiquement envisageable. Parmi tous les appareils de déconnexion, les disjoncteurs sont les plus complexes car ils sont capables d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans des conditions normales et anormales (court-circuit).
Dans cet article, nous traiterons donc principalement la coupure du courant alternatif par disjoncteur.
Le domaine de tension considéré est celui de la moyenne tension MT (1 kV à 52 kV), car c’est dans ce niveau de tension qu’il existe le plus grand nombre de techniques de coupure.
L’étude des phénomènes apparaissant lors de la coupure et de la fermeture constitue la première partie de ce document. La deuxième partie présente les quatre types de techniques de coupure actuellement les plus répandues, à savoir les techniques de coupure dans l’air, l’huile, le vide et l’hexafluorure de soufre (SF6).
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8. Coupure dans le SF6
L’hexafluorure de souffre − SF6 −, est un gaz apprécié pour ses nombreuses qualités chimiques et diélectriques. La technique de coupure dans ce gaz a été développée dans les années 70 comme celle du vide, grâce également aux avantages qu’elle apporte en terme :
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de sécurité ;
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de dimension ;
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de maintenance ;
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de longévité.
8.1 Propriétés du SF6
Le SF6 est un gaz non polluant, incolore, inodore, non inflammable et non toxique à l’état pur ; il est insoluble dans l’eau.
Il est chimiquement inerte : sa molécule a toutes ses liaisons chimiques saturées et une énergie de dissociation élevée (+ 1 096 kJ/mol), ainsi qu’une grande capacité d’évacuation de la chaleur produite par l’arc (enthalpie élevée).
Pendant la période d’arc, sous l’effet de la température qui peut atteindre 15 000 à 20 000 K, le SF6 se décompose. Cette décomposition est quasi réversible : quand le courant diminue, la température diminue, les ions et les électrons se recombinent alors pour reconstituer la molécule de SF6.
Une faible quantité de sous-produits résulte de la dégradation du SF6 en présence d’impuretés telles que le dioxyde de soufre ou le tétrafluorure de carbone. Ces sous-produits restent confinés dans les ampoules et sont très facilement absorbés par des éléments actifs comme le silicate d’aluminium souvent placés dans l’enceinte de coupure.
Le rapport 61634 de la CEI sur l’utilisation du SF6 dans l’appareillage de coupure donne des valeurs typiques de sous-produits trouvés après plusieurs années de service. Les quantités produites restent faibles et sans risque pour les personnes et l’environnement : air (quelques p.p.m. en volume), CF4 (40 à 600 p.p.m. en volume), SOF2 et SO2F2 (en quantité négligeable).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RUOSS (E.) & alli - Disjoncteurs à haute tension : phénomènes apparaissant lors de manœuvres et contraintes s’exerçant sur les disjoncteurs. - Revue Brown Boveri tome 66 ; 1979/04.
-
(2) - DUPLAY (C.) - Le processus de coupure avec un disjoncteur Fluarc ou un contacteur Rollarc par arc tournant dans le SF6. - Cahier Technique Schneider n 123 ; 1983/05.
-
(3) - BOUILLIEZ (O.) - La maîtrise des surtensions de manœuvre avec les appareils SF6. - Cahier Technique Schneider n 125 ; 1983/09.
-
(4) - HENNEBERT (J.) - Le processus de coupure avec un disjoncteur SF6 à autocompression, type Fluarc. - Cahier Technique Schneider n 112 ; 1984/11.
-
(5) - JOYEUX-BOUILLON (B.), ROBERT (J.-P.) - Disjoncteurs haute tension : Comparaison des différents modes de coupure. - SEE Paris ; 1985.
-
(6)...
NORMES
-
Coordination de l’isolement (1993-11). - CEI 60071-1 -
-
Coordination de l’isolement (1996-12). - CEI 60071-2 -
-
Interrupteurs à haute tension (1998-01). - CEI 60265-1 -
-
Interrupteurs à haute tension (1988-03) ; amendement 1 (1994-07) ; amendement 2 (1998-08). - CEI 60265-2 -
-
Contacteurs pour courant alternatif haute tension et démarreurs de moteurs à contacteurs - CEI 60470 - (2000-05)
-
Amendement 1 - Spécification commune aux normes de l’appareillage à haute tension. - CEI 60694-am1 - (2000-09)
-
Courants de court-circuit dans les réseaux triphasés à courant alternatif - Partie 1 : Facteurs pour le calcul des courants de court-circuit conformément à la CEI 60909-0 - CEI/TR 60909-1 - (2002-07)
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