Brevet FR2915632A1 — publié le 20081031

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE PROTECTION ÉLECTRIQUE DES LIAISONS AVALES D'UN TRANSFORMATEUR, AINSI QUE POSTE DE TRANSFORMATION ÉQUIPÉ D'UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif destiné à détecter et à éliminer tout défaut électrique apparaissant au niveau des liaisons électriques situées en aval d'un transformateur moyenne tension / basse tension, et en amont de la protection basse tension généralement prévue sur ce type d'installation. L'invention s'applique typiquement aux postes de transformation io destinés à la distribution de l'énergie électrique, mais peut également concerner tout type d'installation faisant appel à un transformateur moyenne tension / basse tension. Elle s'applique plus particulièrement aux installations comprenant un ou plusieurs transformateurs équipés d'un dispositif de protection contre les effets des défauts internes comme décrits dans les 15 brevets cités ci-dessous. Dans une installation conventionnelle, la liaison électrique mono- ou polyphasée, généralement de longueur réduite, n'est pas protégée contre un éventuel défaut électrique mono- ou polyphasé qui, s'il survenait, 20 serait particulièrement intensif et pourrait se maintenir durant un laps de temps important. Il en résulte un danger pour les équipements comme pour le personnel susceptible de se trouver dans l'environnement de l'installation. Pour pallier ce risque, certaines réglementations nationales 25 ont imposé en lieu de la protection moyenne tension, l'utilisation de fusibles dont la caractéristique de fusion garantit une élimination en moins de 0, 1 s d'un éventuel défaut mono- ou polyphasé apparaissant sur cette liaison basse tension (ci-après BT), liaison de plus grande intensité. 30 Mais l'expérience a montré les inconvénients d'une telle solution : -un fusible moyenne tension (ci-après MT) réagissant en moins de 0,1 s sur court-circuit BT, et tout particulièrement sur court-circuit BT monophasé, doit présenter un calibre bas qui expose le fusible aux 35 surintensités d'enclenchement du transformateur ; - La coordination de ce même fusible MT avec les protections BT devient elle-même difficile et la sélectivité peut ne plus être assurée de manière fiable, compte tenu des tolérances sur les caractéristiques de fonctionnement, tout particulièrement pour les courants élevés ; - De plus, la variabilité de l'impédance de court-circuit du réseau qui alimente le transformateur, tout comme l'impédance du circuit BT entre le transformateur et le défaut, peuvent conduire au non respect du délai de 0,1 s maximum théorique, du fait d'un courant de défaut effectif inférieur au io courant présumé. Dans les installations conventionnelles, il faut donc, pour respecter le délai de fusion de moins de 0,1 s, choisir un fusible qui sera de fait sensible à la surintensité d'enclenchement et non coordonné aux fusibles 15 BT, situation inacceptable sur le plan fonctionnel. La réglementation devient alors inapplicable (voir ci-après les commentaires en référence à la figure 2). Les documents de brevet EP 1 122 848 et EP 0 817 346 décrivent l'utilisation d'un percuteur sensible aux courants de défaut 20 s'écoulant en amont, entre la masse de la partie active du transformateur et la mise à la terre du transformateur. De tels courants résultent généralement d'un défaut d'isolement entre une phase moyenne tension du transformateur et la masse de celui-ci. 25 Le but de la présente invention est d'assurer la protection de la liaison avale au transformateur en garantissant une mise hors tension en cas de défaut en moins de 0,1 seconde tout en s'affranchissant des inconvénients cités précédemment. Pour ce faire, l'invention prévoit d'isoler la liaison basse tension et de raccorder cette liaison ainsi isolée à une fonction 30 de protection de type percuteur tel que mentionné ci-dessus. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de protection électrique des liaisons avales d'un transformateur comportant une fonction de détection de défaut d'isolement et de déconnexion dédiée au 35 transformateur, consistant à former une fonction d'écran sur les liaisons basse tension situées en aval du transformateur d'alimentation et à raccorder la fonction d'écran à la fonction de détection et de déconnexion. Dans un mode de réalisation, la fonction de détection et de déconnexion fait partie intégrante d'une fonction de protection du transformateur lui-même. L'invention se rapporte également à un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Dans ce dispositif de protection électrique des liaisons io avales d'un transformateur, raccordé à un réseau d'alimentation amont et comportant une partie active, chaque liaison avale basse tension intègre, entre le transformateur auquel elle est raccordée par une traversée électrique et un appareillage basse tension de protection d'un réseau aval de distribution, un écran électrique relié à un moyen de déconnexion pouvant 15 isoler la partie active du transformateur du réseau moyenne tension d'alimentation. Selon des modes particuliers de réalisation : - le moyen de déconnexion comporte un percuteur sensible 20 aux courants s'écoulant à la terre qui agit sur la déconnexion triphasée interne au transformateur ; - chaque liaison électrique à protéger est constituée d'un câble isolé, l'écran électrique étant constitué d'une tresse ou feuillard recouvrant l'isolation des câbles, d'une gaine indépendante ou non isolant 25 l'écran de l'environnement du câble ; - chaque liaison électrique à protéger est constituée d'une gaine à barres polyphasée, la gaine étant métallique pour cloisonner électriquement chaque phase individuellement, et électriquement isolée de l'environnement des liaisons à protéger. 30 L'invention a également pour objet un poste de transformation moyenne tension / basse tension comprenant un tel dispositif de protection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront à la lecture détaillée qui suit et qui fait référence aux figures annexées, représentant respectivement : - en figure 1, le schéma d'une installation conventionnelle ; - en figure 2, les courbes caractéristiques de coupure des fusibles sur une installation conventionnelle ; - en figure 3, un schéma électrique d'un poste de transformation intégrant un exemple de dispositif selon l'invention ; - en figure 4a, un premier exemple de liaisons basse tension à câbles isolés du dispositif selon la figure 3; -en figure 4b, un deuxième exemple de liaisons basse tension à barres du dispositif selon la figure 3; et io - en figure 5, les courbes caractéristiques des différentes protections d'un poste selon l'invention. La figure 1 présente un exemple de schéma unifilaire simplifié d'installation conventionnelle, comportant une ligne d'alimentation amont MT 1, équipée de fusibles de protection 1a, reliée à un transformateur triangle 15 étoile 2 délivrant un courant BT à une ligne de liaison électrique avale 4 mono- ou polyphasée suivant l'équipement alimenté par cette ligne. Cette ligne avale est également munie de fusibles de protection basse tension 5. Les lignes MT et BT sont reliées respectivement au transformateur 2 par des traversées électriques 3 disposées à l'interface 2a (en lignes pointillées 20 mixtes) du transformateur, l'interface 2a intégrant, dans un bain d'huile, les structures propres au transformateur. Le diagramme de la figure 2 illustre les caractéristiques des fusibles d'un exemple concret d'installation telle que celle représentée en 25 figure 1, le transformateur ayant une puissance de 100 kVA et des tensions MT et BT respectivement égales à 22 kV et 420 V. Sur ce diagramme, établi en échelles logarithmiques, l'axe des abscisses correspond à l'échelle des intensités I , celle des ordonnées 30 à celle du temps t . La zone hachurée (a) correspond à la courbe de fusion des fusibles MT 1 (figure 1) de calibre 10 A avec une tolérance de fabrication égale, dans cet exemple, à 10 % d'intensité pour un délai de fusion connu. Le calibre MT, ici de 10 A, est la valeur la plus élevée admissible qui permet néanmoins d'interrompre un courant de court-circuit monophasé BT 35 en moins de 0,1 s. Le courant de court-circuit monophasé est pris en considération dans l'exemple puisqu'il est inférieur au courant ce court-circuit triphasé. De la même manière, la courbe (b) correspond à la caractéristique de fusion des fusibles BT 5 de calibre 160 A, ce calibre étant imposé par l'intensité assignée BT du transformateur s'élevant à ,137 A. La courbe de fusion (b) est ramenée à tension égale à celle de la courbe de fusion (a) afin de comparer directement les caractéristiques. De plus, il est reporté sur ce même diagramme, la valeur io théorique d'un courant de court-circuit BT monophasé Icc ramené à la tension primaire du transformateur, soit ici 38 A, pour un couplage au transformateur de type triangle-étoile et une tension de court-circuit de 4 %, ainsi que la surintensité d'enclenchement Zend apparaissant lors de la mise sous tension du transformateur pour une durée de 0,1 s. Cette surintensité Ienc, considérée 15 est égale à douze fois l'intensité assignée MT, soit 32 A. Ainsi, le respect du délai de fusion de moins de 0,1 s pour une intensité de 38 A implique de choisir un fusible sensible à la surintensité lend et non coordonné aux fusibles BT, puisque la sélectivité n'est plus assurée 20 dans la zone de recouvrement Zr des deux caractéristiques (a) et (b), au niveau des courants proches du courant de court-circuit. Le diagramme de la figure 2 sera comparé ci-après à celui de la figure 5 établi dans le cadre de l'invention illustrée ci-dessous. 25 La figure 3 illustre le schéma électrique d'un exemple de poste de transformation triphasé selon l'invention. Le transformateur 6 comprend une protection à trois fusibles 10, installés dans le bain d'huile 7 du transformateur. Ces fusibles 10 intègrent des percuteurs 11 qui agissent, lors du passage d'un courant anormalement élevé, sur une déconnexion triphasée 30 12 provoquant l'isolement entre la partie active 8 du transformateur et le réseau moyenne tension 9 qui l'alimente à partir d'un réseau triphasé 1. Par ailleurs, un percuteur indépendant 13 provoque l'ouverture de la déconnexion triphasée 12 lorsqu'un courant s'établit entre la masse M de la partie active 8 et la mise à la terre 14 du transformateur. 35 5 Les liaisons de phase BT 15 sont raccordées, en amont, aux traversées électriques 16 du transformateur 6 qui alimente les liaisons et, en aval, à un appareillage BT 17 qui protège le réseau de distribution 18. Une ligne de liaison neutre 2N reliée à la terre T complète le circuit distributeur. Les liaisons 15 sont généralement constituées soit de câbles isolés 15a, comme illustrés en figure 4a, soit de barres 15b, visualisées en figure 4b et installée dans une gaine. Selon l'invention, ces liaisons 15 intègrent un écran électrique 19. i0 En référence à la figure 4a, les liaisons BT15 étant des câbles isolés 15a, l'écran électrique 19a est disposé sur l'isolation 20 du câble 15a, lui-même isolé de l'environnement du câble par une isolation 22. Selon différentes réalisations, l'écran électrique 19a peut être constitué d'un simple 15 treillis de fil de cuivre de faible section, d'une tresse ou d'un feuillard enroulé autour du câble 15a. L'isolation 22 peut être une simple gaine isolante rapportée. Le câble peut aussi être constitué globalement par un câble blindé du commerce. Selon la figure 4b, les liaisons BT 15 sont constituées par un 20 jeu de barres 15b sous gaine cloisonnée 19b. Pour servir d'écran électrique selon l'invention, cette gainée 19b est conductrice, métallique dans l'exemple. Elle cloisonne chaque phase individuellement et est isolée électriquement de l'environnement par des espaceurs isolants 25. Les écrans électriques 19, comme illustré en figure 3, sont 25 électriquement reliées au percuteur de détection 13 du transformateur par une liaison 26, une traversée électrique 27 et une liaison interne au transformateur 28. L'apparition d'un défaut d'isolement d'une phase de la liaison 15 implique alors immédiatement la circulation d'un courant vers la terre 14 du 30 transformateur par l'intermédiaire des liaisons 26 et 28, puis par le percuteur 13 qui provoque instantanément la mise hors tension. Le diagramme présenté en figure 5 visualise les caractéristiques (a) et (b) de coupure BT et MT des protections du poste de 35 transformation, d'une manière équivalente à celle de la figure 2 mais avec la caractéristique de déconnexion liée au percuteur lorsque ce poste est réalisé selon l'invention. La courbe (a) visualise cette caractéristique de coupure du percuteur. Elle présente la particularité que, dès l'apparition de courants faibles de l'ordre de la dizaine d'ampères (donc très en de ça des courants de défaut BT qui sont de l'ordre du millier d'ampères), le délai de réaction se limite à un délai de fonctionnement mécanique de la fonction de déconnexion 12 (figure 3), auquel s'ajoute un délai d'interruption du courant électrique. io Mais le total du temps de réaction reste de l'ordre de 0,05 s environ, ce qui permet d'avoir une coupure quasi instantanée pour des courants de défaut très inférieurs aux courants de défaut pouvant apparaître sur les liaisons 15. Le fusible MT peut alors être choisi avec un calibre plus élevé puisqu'il n'a plus à assurer la coupure en moins e 0,1 s. Ainsi, dans l'exemple 15 précédent, le calibre est de 16 A, mettant le système à l'abri des fusions intempestives. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Elle peut s'appliquer pour tout type d'installation, mono 20 ou polyphasée et quel que soit le type de transformateur. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection électrique des liaisons avales (15, 15a, 15b) d'un transformateur (2, 6) comportant une fonction de détection de défaut d'isolement et de déconnexion (12-13) dédiée au transformateur, caractérisé en ce qu'il consiste à former une fonction d'écran (19, 19a, 19b) sur les liaisons basse tension (15, 15a, 15b) situées en aval du transformateur d'alimentation et à raccorder la fonction d'écran à la fonction de détection et de déconnexion. io 2. Procédé de protection électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de détection et de déconnexion (12-13) fait partie intégrante d'une fonction de protection (10 à 13) du transformateur lui-même. 3. Dispositif de protection des liaisons avales d'un 15 transformateur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, ce transformateur étant monté sur un réseau d'alimentation amont (9) et comportant une partie active (8), le dispositif étant caractérisé en ce que chaque liaison avale basse tension (15) intègre, entre le transformateur (6) auquel elle est raccordée en alimentation par une traversée électrique (16) et 20 un appareillage basse tension (17) de protection d'un réseau aval d'application (18), un écran électrique (19) relié à un moyen de protection (10 à 13) pouvant isoler la partie active (8) du transformateur du réseau moyenne tension d'alimentation (9). 4. Dispositif de protection selon la revendication précédente, 25 caractérisé en ce que le moyen de protection comporte un percuteur (13) sensible aux courants s'écoulant à la terre (14), et agit sur la fonction de déconnexion triphasée (12) interne au transformateur (6). 5. Dispositif de protection selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, chaque liaison électrique à protéger étant constituée 30 d'un câble isolé (19), l'écran électrique (19a) est formé d'une tresse ou d'un feuillard recouvrant l'isolation des câbles, une gaine (22) pouvant être indépendante de l'écran (19a) isolant celui-ci de l'environnement externe du câble. 6. Dispositif de protection selon la revendication 3 ou 4, 35 chaque liaison électrique à protéger étant intégrée dans une gaine à barre (23), le dispositif étant caractérisé en ce que la gaine (19b) est métallique etcloisonne électriquement chaque barre individuellement, et en ce que la gaine est électriquement isolée de l'environnement. 7. Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'isolation électrique de la gaine (19b) est réalisée par des 5 espaceurs isolants (25). 8. Poste de transformation moyenne tension / basse tension, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 3 à 7.