Comment choisir un disjoncteur haute tension : paramètres clés et guide d'expert
Le choix d'un disjoncteur haute tension est une tâche cruciale qui impacte directement la sécurité, la stabilité et le fonctionnement fiable des systèmes électriques. Voici les principales spécifications techniques et considérations à prendre en compte lors du choix de disjoncteurs haute tension - détaillées, complètes et professionnelles.
Processus de sélection clé et principaux points à considérer
I. Paramètres de base correspondant aux conditions du système (La base)
Ceci est un prérequis fondamental - il doit correspondre pleinement aux caractéristiques du point d'installation.
Tension nominale (Uₙ)
Exigence : La tension nominale du disjoncteur doit être supérieure ou égale à la tension maximale de service au point d'installation.
Exemple : Dans un système de 10 kV où la tension maximale de service est de 12 kV, un disjoncteur de 12 kV de tension nominale doit être choisi.
Courant nominal (Iₙ)
Exigence : Le courant nominal du disjoncteur doit être supérieur ou égal au courant continu maximal du circuit.
Calcul : Prendre en compte le courant de charge normal, la capacité de surcharge, l'expansion potentielle future et inclure une marge de sécurité. Éviter un "disjoncteur trop petit pour une grande charge" ou un investissement excessif.
Fréquence nominale (fₙ)
Doit correspondre à la fréquence du système électrique - 50 Hz en Chine.
II. Paramètres de performance essentiels en court-circuit (L'épreuve de capacité)
Ces paramètres mesurent les capacités d'interruption et de fermeture du disjoncteur et doivent être choisis en fonction des calculs de court-circuit du système.
Courant d'interruption en court-circuit nominal (Iₖ)
Définition : La valeur efficace maximale du courant de court-circuit que le disjoncteur peut interrompre de manière fiable à la tension nominale.
Exigence : C'est le paramètre le plus crucial. Le courant d'interruption nominal du disjoncteur doit être supérieur ou égal au courant de court-circuit prospectif maximal au point d'installation (généralement le courant de court-circuit triphasé calculé à partir des études de système).
Note : Prendre en compte la croissance potentielle de la capacité de court-circuit du système au cours de la durée de vie du disjoncteur.
Courant de fermeture en court-circuit nominal (Iₘᶜ)
Définition : Le courant de court-circuit de crête maximal que le disjoncteur peut fermer avec succès.
Exigence : Généralement 2,5 fois la valeur efficace du courant d'interruption nominal (valeur standard). Il doit dépasser la crête maximale du courant de court-circuit prospectif pour résister aux forces électrodynamiques énormes lors de la fermeture.
Courant de tenue en court-circuit nominal (Iₖ) / Courant de tenue thermique
Définition : La valeur efficace du courant de court-circuit que le disjoncteur peut supporter pendant une durée spécifiée (par exemple, 1 s, 3 s, 4 s).
Exigence : Doit être supérieur ou égal à la valeur efficace du courant de court-circuit prospectif au point d'installation. Teste la capacité du disjoncteur à résister aux effets thermiques des courants de court-circuit.
Courant de tenue dynamique nominal (Iₚₖ) / Courant de tenue dynamique
Définition : La valeur de crête du premier cycle du courant de court-circuit que le disjoncteur peut endurer.
Exigence : Doit être supérieur ou égal à la crête du courant de court-circuit prospectif. Teste la robustesse mécanique du disjoncteur sous les forces électromagnétiques lors d'un court-circuit.
III. Exigences d'isolation et de protection environnementale
Type de milieu d'isolation (Choix de la technologie de base)
Avantages : Capacité d'interruption extrêmement élevée, performances excellentes.
Inconvénients : Le SF₆ est un puissant gaz à effet de serre ; nécessite une intégrité de scellement élevée ; risque de fuite ; maintenance relativement complexe.
Application : Principalement utilisé dans les systèmes de haute tension et haute capacité (≥35 kV) ou dans des environnements spéciaux (par exemple, régions extrêmement froides).
Recommandation : Dans la plage de 10 à 35 kV, sauf exigences particulières, privilégier les disjoncteurs à vide pour leur maturité et leurs avantages environnementaux.
Avantages : Capacité d'extinction d'arc forte, longue durée de vie, taille compacte, faible maintenance, pas de risque d'explosion, respectueux de l'environnement. Adapté aux applications nécessitant des commutations fréquentes (par exemple, four à arc, commutation de moteurs).
Application : Le choix principal et préféré pour les niveaux de tension de 10 à 35 kV aujourd'hui.
Disjoncteur à vide (par exemple, VS1, ZN63) :
Disjoncteur à SF₆ (Hexafluorure de soufre) :
Isolation externe
Distance de reptation : Sélectionner des embases et des isolateurs avec une distance de reptation suffisante en fonction du niveau de pollution du site (I–IV), pour prévenir les flashovers dus à la pollution.
Condensation : Pour les tableaux de distribution intérieurs dans des environnements à forte humidité ou à grandes variations de température propices à la condensation, sélectionner des disjoncteurs ou des tableaux de distribution équipés de chauffages ou de dispositifs anti-condensation.
IV. Caractéristiques mécaniques et mécanisme d'exploitation
Type de mécanisme d'exploitation
Mécanisme à ressort : Le plus courant, technologie mature, haute fiabilité, pas de source d'alimentation externe requise. Le choix préféré dans la plupart des cas.
Actionneur à aimant permanent (PMA) : Moins de pièces, structure plus simple, théoriquement plus fiable et plus rapide en opération. Cependant, la réparation sur site est difficile après un dysfonctionnement - généralement nécessite un remplacement complet.
Mécanisme d'exploitation électromagnétique : Utilisé dans les modèles anciens ; nécessite une alimentation DC de haute puissance et un courant de fermeture important ; progressivement abandonné.
Résistance mécanique et électrique
Résistance mécanique : Nombre d'opérations d'ouverture-fermeture sans courant (généralement 10 000 à 30 000 cycles ou plus).
Résistance électrique : Nombre d'interruptions normales au courant nominal (par exemple, classe E2 : 10 000 opérations ; classe C2 : 100 interruptions de court-circuit). Pour les applications nécessitant des commutations fréquentes de bancs de condensateurs, de bobines ou de moteurs, choisir des disjoncteurs avec une résistance électrique élevée.
Temps d'interruption et temps de fermeture-ouverture
Pour les systèmes nécessitant une coordination avec la protection par relais ou une reclosure automatique rapide, prêter attention au temps total de coupure du disjoncteur (depuis l'initiation de la commande de coupure jusqu'à l'extinction de l'arc).
V. Contrôle secondaire et fonctions auxiliaires
Tension de commande : Doit correspondre au système d'alimentation continue de la sous-station (généralement DC 110 V ou DC 220 V).
Contacts auxiliaires : Le nombre doit répondre aux besoins de mesure, de signalisation et d'interverrouillage.
Fonctions d'interverrouillage : Doit inclure des circuits anti-pompage fiables, des interverrouillages de fermeture/coupure, etc., pour assurer la sécurité.
Interface intelligente : Les disjoncteurs modernes incluent souvent des contrôleurs intelligents fournissant des mesures de paramètres électriques, l'enregistrement des défauts, la surveillance de l'état et le support des protocoles de communication (par exemple, IEC 61850), facilitant l'intégration dans les systèmes d'automatisation intégrés.
VI. Installation, environnement et marque/service
Type d'installation : Fixe ou amovible (type tiroir) ? Doit correspondre au modèle et à la structure du tableau de distribution.
Conditions environnementales : Prendre en compte l'altitude, la température ambiante, l'humidité. À haute altitude, les cotes du disjoncteur doivent être déclassées.
Marque et service après-vente : Choisir des marques reconnues pour leur qualité éprouvée, et prendre en compte la disponibilité des pièces de rechange, le soutien technique et le service après-vente.
VII. Résumé : Liste de vérification de sélection
Confirmer les paramètres du système : tension du système, fréquence, courant de service maximal.
Calculer le courant de court-circuit : obtenir le courant de court-circuit prospectif en valeur efficace et en crête au point d'installation (fourni par la conception du système électrique).
Faire correspondre les capacités du disjoncteur : s'assurer que le courant d'interruption nominal, le courant de fermeture et les courants de tenue dynamique et thermique dépassent toutes les valeurs calculées.
Sélectionner le type : privilégier les disjoncteurs à vide pour 10 à 35 kV ; confirmer le mécanisme d'exploitation (mécanisme à ressort préféré).
Vérifier l'isolation externe : confirmer la distance de reptation en fonction du niveau de pollution.
Considérer les besoins spéciaux : opérations fréquentes ? Interface intelligente ? Conditions environnementales spéciales ?
Marque et mise en service : sélectionner des marques fiables ; lors de la réception, se concentrer sur les rapports de tests d'usine (en particulier la résistance du circuit principal et les caractéristiques mécaniques).
En suivant ces étapes, vous pouvez sélectionner un disjoncteur haute tension sûr, adapté et fiable pour votre système. Pour les applications critiques, il est fortement recommandé de passer en revue et de finaliser la sélection conjointement avec des ingénieurs électriques professionnels ou des instituts de conception.
