Fusible Moyenne Tension | Protection Rapide des Transformateurs en 10 ms
Les fusibles limitateurs de courant à moyenne tension sont principalement utilisés pour la protection des charges telles que les transformateurs et les moteurs. Un fusible est un dispositif qui, lorsque le courant dépasse une valeur donnée pendant une durée suffisamment longue, interrompt le circuit dans lequel il est inséré en faisant fondre un ou plusieurs composants spécialement conçus et proportionnés. Les fusibles limitateurs de courant peuvent avoir des difficultés à éteindre les valeurs intermédiaires de courant (surcharges entre 6 et 10 fois le courant nominal), ils sont donc généralement utilisés en combinaison avec des dispositifs de commutation.
Les fusibles limitateurs de courant à moyenne tension fonctionnent en insérant un conducteur métallique (l'élément du fusible) en série avec le circuit. Lorsqu'un courant de surcharge ou de court-circuit passe par l'élément, le chauffage auto-induit cause sa fusion une fois que le courant dépasse sa valeur nominale, ouvrant ainsi le circuit. Par conséquent, les fusibles ont une résistance relativement élevée, entraînant une génération de chaleur importante sous courant nominal. Par exemple, un fusible de 125A génère environ 93W de chaleur, un fusible de 160A génère 217W, et un fusible de 200A produit 333W. Sur le marché, des fusibles de 12kV sont disponibles avec des courants nominaux allant jusqu'à 355A, ce qui entraîne une dissipation de puissance encore plus élevée.
Dans les applications pratiques de l'appareillage, le courant nominal du fusible devrait être approximativement 1,25 fois le courant de fonctionnement à long terme de la charge. Lorsque les fusibles sont installés dans un armoire triphasée fermée ou individuellement logés dans des tubes encapsulés de résine isolante, l'espace confiné du compartiment de fusible ne peut pas dissiper efficacement la chaleur. Une génération de chaleur dépassant 100W peut faire augmenter la température au-delà des limites acceptables, nécessitant une déclassement de la capacité du fusible.
De plus, en raison des contraintes de taille dans les unités de répartition en anneau (RMUs), le diamètre du compartiment de fusible dans les RMUs compacts à isolation gazeuse est généralement d'environ 90 mm, permettant l'installation de fusibles jusqu'à 160A (généralement utilisés jusqu'à 125A). Cela limite la protection aux transformateurs jusqu'à environ 1250 kVA. Les transformateurs supérieurs à 1250 kVA nécessitent une protection via des disjoncteurs. De même, pour les circuits F-C (fusible-contacteur) utilisés pour protéger les moteurs, la solution est généralement limitée aux moteurs jusqu'à 1250 kW. Les moteurs plus grands nécessitent un contrôle et une protection basés sur des disjoncteurs.
Dans les applications de commande de moteur, la combinaison F-C utilise un fusible limitateur de courant à haute tension comme dispositif de protection de secours. Dans un circuit F-C, lorsque le courant de défaut est égal ou inférieur à la capacité de coupure du contacteur à vide, le relais de protection intégré doit fonctionner, provoquant l'interruption du courant par le contacteur. Le fusible ne fonctionne que lorsque le courant de défaut dépasse le réglage du relais ou si le contacteur à vide ne fonctionne pas.
La protection contre les courts-circuits est assurée par le fusible. Le fusible est généralement sélectionné avec un courant nominal supérieur au courant de pleine charge du moteur pour résister aux courants de démarrage, mais il ne peut pas fournir simultanément une protection contre les surcharges. Par conséquent, des relais à temps inverse ou à temps défini sont nécessaires pour protéger contre les surcharges. Des composants tels que les contacteurs, les transformateurs de courant, les câbles, le moteur lui-même et d'autres équipements de circuit peuvent être endommagés par des surcharges prolongées ou par une énergie passante dépassant leur capacité de résistance.
La protection des moteurs contre les surintensités causées par les surcharges, les monophasages, le blocage du rotor ou les démarrages répétés est assurée par des relais à temps inverse ou à temps défini, qui actionnent le contacteur. Pour les défauts phase à phase ou phase à la terre avec des courants inférieurs à la capacité de coupure du contacteur, la protection est assurée par le relais. Pour les courants de défaut supérieurs à la capacité de coupure du contacteur jusqu'au niveau maximal de résistance, la protection est assurée par le fusible.
L'appareillage combiné avec des fusibles est principalement utilisé pour la protection des transformateurs. Les applications typiques incluent les circuits d'alimentation des transformateurs dans les unités de répartition en anneau (RMUs), où un interrupteur de charge SF6 est associé à des fusibles pour obtenir un design compact et sans entretien. Une autre configuration est la solution de chariot amovible, dans laquelle une unité combinée de fusible-interrupteur de charge est intégrée dans un appareillage à moyenne tension (par exemple, un appareillage métallisé), permettant un retrait facile pour l'entretien et le remplacement des fusibles.
Lorsque des appareils combinés sont utilisés pour la protection des transformateurs, un schéma de protection en deux étapes est établi en incorporant la protection par relais. Pour les conditions de surcharge ou de surintensité modérée, le relais envoie un ordre de déclenchement à l'interrupteur de charge pour éteindre le défaut. Pour les défauts de court-circuit graves, le fusible fonctionne et déclenche l'interrupteur, interrompant ainsi le circuit.
Lorsqu'un défaut interne, tel qu'un court-circuit, se produit dans un transformateur, l'arc résultant décompose l'huile isolante en gaz. À mesure que le défaut persiste, la pression interne augmente rapidement, potentiellement conduisant à la rupture ou à l'explosion du réservoir. Pour éviter la rupture du réservoir, le défaut doit être éteint en moins de 20 millisecondes (ms). Cependant, le temps total de coupure d'un disjoncteur, composé du temps de fonctionnement du relais, du temps intrinsèque de déclenchement et du temps d'arc, est généralement d'au moins 60 ms, ce qui est insuffisant pour une protection efficace du transformateur. En revanche, les fusibles limitateurs de courant offrent une interruption de défaut extrêmement rapide, capable d'éteindre les défauts en 10 ms, offrant ainsi une protection très efficace pour le transformateur.
