Instructions d'application pour les dispositifs limitateurs de courant 50 kA sur les plates-formes pétrolières offshore

1. Fonctionnement du système avec et sans CLiP (dispositif limiteur de courant)

Dans des conditions de fonctionnement normales, le tableau de distribution fonctionne comme suit :

• Tous les disjoncteurs de couplage sont fermés, reliant les trois sections de bus en parallèle ;
• Deux groupes électrogènes sont en ligne et fournissent de l'énergie au tableau de distribution.

Dans cette configuration, le courant de défaut prévisible au tableau de distribution est inférieur à 50 kA. Par conséquent, le dispositif limiteur de courant (CLiP) n'est pas inséré dans le circuit.

Lors des opérations de maintenance impliquant l'ouverture d'un groupe électrogène (mise hors service) et la fermeture d'un autre (synchronisation et connexion), le système fonctionne comme suit :

• Tous les disjoncteurs de couplage restent fermés, maintenant les trois sections de bus interconnectées ;
• Trois groupes électrogènes sont temporairement connectés au système (pour une durée limitée lors du changement de générateur).

Dans cette condition, la capacité de court-circuit du système augmente, et le courant de défaut prévisible dépasse 50 kA. Étant donné que la capacité de résistance au court-circuit du tableau de distribution est de 50 kA, le dispositif limiteur de courant doit être inséré dans le circuit pour assurer la sécurité des équipements.

Le CLiP surveille la vitesse de montée en courant au fil du temps. Lorsque le courant dépasse un seuil prédéfini, le dispositif s'active et interrompt la connexion de bus en faisant fondre un élément fusible interne. Cela limite le courant de défaut réel à moins de 50 kA, garantissant qu'il reste dans les limites de conception sûres du tableau de distribution.

Ce processus permet l'isolement des défauts sans provoquer une panne de courant de tout le système de distribution d'énergie eHouse.

Résumé :

• Lorsque le courant de défaut prévisible > 50 kA (tous les disjoncteurs de couplage fermés et trois groupes électrogènes en ligne), le CLiP doit être dans le circuit. Cette condition ne se produit que pendant la phase transitoire de maintenance d'un seul générateur.
• Lorsque le courant de défaut prévisible < 50 kA (seulement deux groupes électrogènes en ligne ou deux des trois disjoncteurs de couplage ouverts), le CLiP doit être déconnecté du circuit.

2. Exigences de fonctionnement et de maintenance

Le propriétaire de l'installation doit approuver les dispositions de fonctionnement alternatives proposées. Les décisions doivent également être basées sur des données supplémentaires concernant le fusible limiteur de courant, y compris les exigences de maintenance, la durée de vie estimée et la capacité du personnel effectuant la maintenance des équipements. Ces actions doivent être intégrées dans le manuel de fonctionnement et de maintenance.

3. Conception et essais du fusible limiteur de courant

Le fusible limiteur de courant doit être conçu et testé conformément aux normes reconnues telles que l'IEC 60282-1:2009/2014 et la série IEEE C37.41, et doit être adapté à l'application prévue et aux conditions environnementales/opérationnelles. Un seul fusible limiteur de courant doit être utilisé ; toute combinaison de dispositifs limiteurs de courant nécessite une considération et une évaluation spéciales.

Le CLiP a obtenu des rapports d'essai de type KEMA couvrant la capacité de coupure, la montée en température et les essais d'isolation, ainsi que des registres d'étalonnage pour les équipements de mesure. Les essais ont été réalisés en conformité avec les normes IEC 60282 et ANSI/IEEE C37.40 series.

4. Niveau d'isolation du porte-fusible

• Le porte-fusible a une tension d'impulsion nominale de tenue de 110 kV BIL ;
• Le transformateur d'isolement a passé un test de 150 kV BIL et peut être utilisé dans des systèmes de classe 27 kV ;
• Chaque transformateur d'isolement subit un test diélectrique AC de 50 kV pendant la production.

5. Vérification de l'adaptation du fusible à la température de fonctionnement

Le fusible limiteur de courant a été fabriqué et testé conformément aux normes IEC 60282-1 ou série IEEE C37.41.

La norme IEC 60282-1 spécifie une température ambiante maximale de 40°C, tandis que la norme de la société de classification SVR 4-1-1, Table 8, exige 45°C. Des preuves conformes à l'Annexe E de l'IEC 60282-1 (ou des normes équivalentes) doivent être fournies pour démontrer que le fusible est adapté à la température ambiante maximale prévue de 45°C.

Les essais couvrent les exigences de l'IEC 60282-1 et de l'ANSI/IEEE C37.41. L'essai d'interruption de la Série II est plus rigoureux que les exigences de l'IEC, car il exige une tension de test de 100% (l'IEC autorise 87%). G&W teste les tâches de la Série I à 100% de tension et 100% de courant - dépassant toutes les exigences standard. Le projet utilise un dispositif de 4000 A.

Pour un tableau de 5000 A sans refroidissement forcé, la marge de montée en température est de 5 K à 40°C ambiant, lui permettant de supporter 5000 A à 40°C et 4000 A à 50°C ambiant.

6. Caractéristiques courant-temps et performance de limitation de courant

Ce type de dispositif n'a pas de courbe courant-temps conventionnelle (TCC). Son fonctionnement est terminé en 0,01 seconde - bien avant le point de départ des courbes TCC typiques - ce qui en fait un dispositif instantané.

En pratique, chaque application est évaluée au cas par cas, en utilisant des scénarios de pire cas (défauts totalement asymétriques). Les courants du système sont tracés avec une résolution temporelle appropriée pour illustrer clairement toutes les interactions. Cette approche est supérieure à l'utilisation potentiellement trompeuse des courbes de courant de traversée maximal.

7. Surtension maximale et dissipation de puissance lors d'un fonctionnement à fort courant de défaut

• Selon les exigences de l'IEC et de l'ANSI/IEEE pour les équipements de classe 15,5 kV, la tension maximale mesurée pendant le fonctionnement (47,1 kV maximum) reste dans la plage de 49 kV, et n'implique pas la libération de grandes quantités de chaleur ou de vapeur associées à l'interruption par expulsion.

• La structure de dissipation de chaleur du CLiP est essentiellement un barreau de liaison avec des sections limitatrices de courant usinées.

• La dissipation thermique totale d'un système CLiP triphasé à 4000 A est d'environ 500 W.

8. Étude de court-circuit et validation de la protection en cascade

L'étude de court-circuit doit démontrer la fonction du dispositif limiteur de courant et comment il réduit le courant de défaut symétrique en dessous du niveau de résistance nominal du tableau de distribution. Si l'agencement proposé est destiné à fonctionner comme une "protection en cascade", la conformité aux conditions spécifiées dans la norme de la société de classification SVR 4-8-2 / 9.3.6 doit être vérifiée. Le point de déclenchement et la détermination du courant de traversée dans chaque direction doivent être clairement définis.

9. Calcul de la capacité de résistance des barres de liaison pour le courant de court-circuit maximal

Les calculs doivent être effectués conformément aux normes IEC pour vérifier la capacité des barres de liaison à résister aux effets mécaniques et thermiques causés par le courant de court-circuit maximal prévisible.