Barres de collecteur et connecteurs dans les installations HT et EHT
Barres de collecteur et connecteurs dans les installations intérieures et extérieures
Qu'est-ce qu'une barre de collecteur électrique ?
Une barre de collecteur électrique est définie comme un conducteur unique ou un groupe de conducteurs qui servent à collecter l'énergie électrique des alimentations entrantes et à la distribuer aux alimentations sortantes. En essence, elle agit comme un point de jonction crucial où les courants des alimentations entrantes et sortantes convergent, regroupant efficacement l'énergie électrique en un seul point au sein d'un système électrique. Cette fonction rend les barres de collecteur des composants essentiels pour faciliter le flux et la distribution efficaces de l'électricité dans diverses configurations liées à l'énergie.
Barres de collecteur pour les installations extérieures
Dans les installations haute tension (HT), très haute tension (THT) ainsi que dans les installations moyenne tension (MT) extérieures, les barres de collecteur et les connecteurs nus sont couramment utilisés. Les conducteurs employés dans ces scénarios peuvent être de deux types principaux : tubulaires ou câbles torsadés.
Les barres de collecteur tubulaires sont généralement supportées par des isolateurs colonnes, qui sont généralement fabriqués en céramique. Ces isolateurs jouent un rôle vital dans le maintien de l'isolation électrique entre les barres de collecteur et la structure de support, assurant le bon fonctionnement sûr du système électrique. D'autre part, les barres de collecteur en câble torsadé sont fixées en place à l'aide de serre-câbles, qui maintiennent fermement les fils et empêchent tout mouvement ou desserrage qui pourrait perturber la connexion électrique.
Les figures 1 et 2 fournissent des exemples visuels illustrant les concepts décrits ci-dessus, montrant l'apparence typique et l'installation des barres de collecteur extérieures et de leurs composants associés.
Barres de collecteur pour les installations de disjoncteurs
Les barres de collecteur utilisées dans les installations de disjoncteurs sont généralement fabriquées en cuivre, aluminium ou alliages d'aluminium tels que les alliages Al - Mg - Si (aluminium - magnésium - silicium). Ces matériaux sont sélectionnés pour leur conductivité électrique, leurs propriétés mécaniques et leur rentabilité, ce qui les rend appropriés pour distribuer efficacement l'énergie électrique au sein des systèmes de disjoncteurs.
Caractéristiques principales des barres de collecteur nues
Dimensions physiques : Pour les conducteurs tubulaires, le diamètre est un paramètre critique, tandis que pour les conducteurs en câble torsadé, la section transversale est d'importance primordiale. Ces dimensions influencent directement la capacité de transport de courant et la résistance électrique de la barre de collecteur. Un plus grand diamètre ou une plus grande section permettent le transport de courants plus élevés avec des pertes moindres.
Propriétés mécaniques : Les barres de collecteur nues doivent posséder une résistance mécanique adéquate pour résister aux différentes forces rencontrées lors de l'exploitation. Les paramètres mécaniques clés incluent la résistance à la traction (la capacité à résister à l'étirement), la résistance à la compression (résistance à l'écrasement), la résistance à la flexion (capacité à résister aux forces de flexion) et la résistance au flambement (résistance à la déformation sous des charges compressives). De plus, les moments de résistance et d'inertie sont cruciaux pour comprendre comment la barre de collecteur réagira aux contraintes mécaniques, garantissant son intégrité structurelle au fil du temps.
Courant nominal : Le courant nominal d'une barre de collecteur indique le courant continu maximal qu'elle peut transporter en toute sécurité sans surchauffe excessive ou dégradation de ses performances. Cette valeur est déterminée en fonction de facteurs tels que les propriétés du matériau, la section transversale et les conditions ambiantes d'exploitation. Sélectionner une barre de collecteur avec un courant nominal approprié est essentiel pour éviter la surchauffe et les éventuelles pannes dans le système électrique.
Il est important de noter que, puisque les barres de collecteur nues ne sont pas isolées, le concept de tension nominale ne s'applique pas de la même manière qu'aux conducteurs isolés. Lors de la connexion des barres de collecteur aux bornes d'équipement, des connecteurs spécialisés doivent être utilisés. Ces connecteurs, comme illustré dans la figure 3, assurent une connexion électrique sécurisée et à faible résistance, facilitant le transfert fiable de l'énergie électrique entre les barres de collecteur et les autres composants du système de disjoncteurs.
Connexion des barres de collecteur et systèmes de barres de collecteur isolées
Connexion des barres de collecteur
Lorsqu'il s'agit de réaliser des connexions entre les barres de collecteur, le choix des connecteurs est crucial et dépend des matériaux des barres de collecteur à joindre. Pour les connexions cuivre-cuivre, des connecteurs en bronze sont généralement utilisés. Ces connecteurs offrent une excellente conductivité électrique et une résistance mécanique, assurant une connexion fiable. Pour les connexions aluminium-aluminium, des connecteurs en alliage d'aluminium sont le choix idéal. Ils sont spécifiquement conçus pour correspondre aux propriétés des barres de collecteur en aluminium, offrant une connexion sécurisée et stable tout en minimisant le risque de corrosion.
Dans le cas des connexions cuivre-aluminium, des connecteurs bimétalliques sont essentiels. L'utilisation de ces connecteurs est nécessaire pour prévenir la corrosion qui peut se produire en raison de l'effet électrolytique lorsque deux métaux différents entrent en contact en présence d'un électrolyte (comme l'humidité de l'air). La réaction électrolytique entre le cuivre et l'aluminium peut entraîner la dégradation de la connexion au fil du temps, potentiellement causant des pannes électriques. Les connecteurs bimétalliques sont conçus pour atténuer ce problème, assurant une connexion durable et fiable entre les barres de collecteur en cuivre et en aluminium.
Barres de collecteur isolées & systèmes de goulottes
Dans les installations moyenne tension (MT) et basse tension (BT) intérieures, où des courants élevés sont impliqués et l'espace est limité, les barres de collecteur isolées et les systèmes de goulottes sont souvent utilisés. Dans ces configurations, les barres de collecteur sont enfermées dans des boîtiers métalliques, qui servent à la fois de protection mécanique et d'isolation électrique. Les boîtiers protègent les barres de collecteur des dommages physiques, tels que les impacts accidentels ou le contact avec des objets étrangers, et empêchent également les chocs électriques en isolant les conducteurs vivants de l'environnement environnant.
Cependant, cet enfermement comporte un compromis. La présence du boîtier réduit la dissipation thermique des barres de collecteur. Il restreint le flux d'air de refroidissement autour des barres de collecteur et diminue les pertes par rayonnement, qui sont importantes pour dissiper la chaleur générée pendant le flux de courant. En conséquence, les valeurs de courant nominal des barres de collecteur à l'intérieur des boîtiers sont souvent significativement inférieures à celles des barres de collecteur exposées à l'air libre.
Pour résoudre ce problème et minimiser la réduction de la capacité de transport de courant, des boîtiers ventilés peuvent être utilisés. Ces boîtiers sont conçus avec des ouvertures ou des grilles qui permettent une meilleure circulation de l'air, facilitant une dissipation thermique plus efficace. Cela aide à maintenir des valeurs de courant nominal plus élevées tout en offrant toujours la protection mécanique et l'isolation nécessaires.
La figure 4 fournit un exemple illustratif d'une barre de collecteur enfermée, montrant la structure et l'apparence typiques d'un tel système et mettant en évidence comment le boîtier est intégré aux barres de collecteur pour répondre aux exigences des installations électriques intérieures.
Barres de collecteur isolées et systèmes de goulottes
Barres de collecteur isolées
Les barres de collecteur isolées sont généralement construites à l'aide de barres plates en cuivre ou en aluminium. Le nombre de barres par phase peut varier en fonction de l'intensité du courant qu'elles doivent transporter. Dans cette configuration, chaque phase ou pôle individuel est logé dans une gaine séparément mise à la terre. Les extrémités de cette gaine sont reliées par une barre dimensionnée pour le courant de court-circuit total.
La fonction principale de la gaine est de prévenir l'occurrence de courts-circuits interphasiques. De plus, elle offre un avantage important lié aux champs magnétiques. Lorsque le courant circule dans les conducteurs, il génère des champs magnétiques forts. Cependant, un courant égal et opposé est induit dans l'enveloppe ou la gaine, qui annule presque complètement ces champs magnétiques. Cette annulation des champs magnétiques aide à réduire les interférences électromagnétiques et à minimiser le potentiel d'effets indésirables sur les équipements électriques et électroniques voisins.
Les matériaux d'isolation couramment utilisés pour les barres de collecteur isolées comprennent l'air et le hexafluorure de soufre (SF6). L'air est une option facilement disponible et économique, tandis que le SF6 offre des propriétés d'isolation supérieures, le rendant adapté aux applications nécessitant un niveau d'isolation et de performance électrique plus élevé.
Systèmes de goulottes
Dans les installations basse tension (BT), une approche rentable pour la distribution de puissance, ainsi que pour l'alimentation de plusieurs équipements et la facilitation des interconnexions entre tableaux de distribution ou entre un tableau de distribution et un transformateur, est l'utilisation d'un système de goulottes. Comme illustré dans la figure 5, les systèmes de goulottes offrent une méthode structurée et efficace pour acheminer les conducteurs électriques, les protégeant des dommages physiques et simplifiant l'installation et la maintenance des systèmes électriques.
Systèmes de goulottes : Caractéristiques et avantages
Un système de goulottes se compose de conducteurs en barres plates prémontés (y compris les conducteurs de phase et neutre) enfermés dans un seul boîtier métallique. Cette conception offre une approche structurée et organisée pour la distribution de puissance électrique.
Dans les systèmes de goulottes de distribution, l'extraction de puissance de la goulotte de barres de collecteur est réalisée à l'aide d'unités de dérivation. Ces unités sont connectées à des emplacements spécifiques et prédéfinis le long de la goulotte de barres de collecteur. Elles permettent un retrait sûr et contrôlé de la puissance du système, généralement via des dispositifs de protection appropriés tels que des disjoncteurs ou des fusibles. Cette configuration assure que la puissance électrique peut être distribuée précisément aux diverses charges selon les besoins.
Les systèmes de goulottes présentent plusieurs avantages significatifs par rapport aux systèmes traditionnels à base de câbles :
Rentabilité et facilité d'installation : Les systèmes de goulottes sont plus économiques à mettre en œuvre et plus simples à installer, surtout dans les applications à haut courant. Dans de tels scénarios, l'obtention des valeurs de courant nominal requises avec des câbles monocore nécessite souvent l'utilisation de plusieurs câbles pour respecter les spécifications de chute de tension et de creux de tension. Cela augmente non seulement la complexité et le coût de l'installation des câbles, mais aussi le risque de surchauffe entre les câbles, qui peut potentiellement conduire à des courts-circuits. En revanche, les systèmes de goulottes offrent une solution plus efficace et fiable pour la distribution de puissance à haut courant.
Résistance mécanique et efficacité d'installation : Ils présentent une résistance mécanique supérieure sur de longues distances avec un besoin minimal de fixations. Cette caractéristique réduit considérablement les temps d'installation, car moins de supports et de fixations sont nécessaires par rapport aux tronçons de câbles. La robustesse des systèmes de goulottes assure également une plus grande durabilité et fiabilité pendant l'exploitation.
Gain de place et conception simplifiée : Les systèmes de goulottes éliminent le besoin de multiples tronçons de câbles ainsi que de leur armature de support associée, simplifiant l'infrastructure électrique globale. Cette réduction de la complexité économise non seulement de l'espace, mais rend également le système plus facile à gérer et à entretenir.
Réduction des exigences de terminaison : Ils nécessitent moins d'espace de terminaison au sein des tableaux de distribution. C'est un avantage crucial, en particulier dans les conceptions de tableaux de distribution où l'espace est limité, permettant des mises en page de panneaux électriques plus compactes et efficaces.
Élimination du besoin de jointeurs de câbles : Puisque les systèmes de goulottes sont prémontés et ne nécessitent pas de soudure de câbles sur site, le besoin de jointeurs de câbles spécialisés est éliminé. Cela réduit non seulement les coûts de main-d'œuvre, mais minimise également le potentiel d'erreurs associées à la soudure de câbles, améliorant ainsi la qualité et la fiabilité de l'installation électrique.
Flexibilité dans la distribution de puissance : Plusieurs points de dérivation offrent une flexibilité pour s'adapter aux changements dans les besoins de puissance après l'installation initiale, sous réserve de la cote de la goulotte de barres de collecteur. Cette caractéristique permet une reconfiguration facile du système électrique pour accueillir de nouvelles charges ou des changements dans les demandes de charge, rendant les systèmes de goulottes hautement adaptables aux besoins électriques en évolution.
Facilité de repositionnement et d'extension : Le repositionnement des points de distribution est un processus simple avec les systèmes de goulottes. De plus, le système peut être facilement étendu à mesure que les besoins électriques d'une installation augmentent, offrant une solution évolutrice pour la distribution de puissance.
Agréable visuellement : Dans les zones où le système électrique est visible, les systèmes de goulottes offrent un aspect esthétique agréable par rapport aux paquets de câbles. Leur design élégant et uniforme peut améliorer l'attrait visuel de l'intérieur d'un bâtiment, les rendant un choix préféré dans les espaces commerciaux et publics.
Réutilisabilité : Les systèmes de goulottes de barres de collecteur peuvent être démontés et réutilisés dans d'autres zones, offrant une solution rentable pour les installations subissant des rénovations ou des extensions. Ce facteur de réutilisabilité réduit non seulement les déchets, mais offre également des économies significatives en termes de coûts de matériel et d'installation.
Meilleure résistance au feu : Ils offrent une meilleure résistance à la propagation du feu par rapport aux systèmes de câbles traditionnels. L'enveloppe métallique de la goulotte aide à contenir le feu et à l'empêcher de se propager à travers le système électrique, contribuant à une meilleure sécurité incendie dans les bâtiments.
