Limiteur de Courant Ultra-Rapide (FCL) : Une Solution Révolutionnaire Offrant une Interruption au Niveau Milliseconde et des Avantages Économiques

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Présentation : Redéfinir la vitesse et l'économie dans la protection contre les courts-circuits

Cette solution se concentre sur un dispositif de limitation ultra-rapide du courant de court-circuit, conçu pour répondre fondamentalement au défi croissant des courants de court-circuit excessifs et garantir la sécurité des réseaux électriques et des équipements.

1.1 Caractéristiques clés

Vitesse d'interruption ultra-rapide : Détecte les défauts et limite le courant en 1 milliseconde, restreignant efficacement le courant de court-circuit avant qu'il n'atteigne son pic potentiel.
Capacité d'interruption élevée:

Adapté aux systèmes 12kV/17,5kV : Capacité de coupure maximale de 210kA (RMS).
Applicable aux systèmes 24kV/36kV/40,5kV : Capacité de coupure maximale de 140kA (RMS).

1.2 Avantages clés

Efficacité économique : Fonctionne en parallèle avec les réacteurs limitateurs de courant pour offrir la solution de limitation la plus rentable. Évite le remplacement de panneaux de commutation entiers ou de transformateurs en raison de l'augmentation des courants de court-circuit, réduisant considérablement l'investissement dans les postes de transformation nouveaux ou mis à niveau.
Compatibilité étendue : Idéal pour l'interconnexion de commutateurs et de postes de transformation ; dans de nombreux scénarios (par exemple, le fonctionnement en parallèle de plusieurs transformateurs), c'est la seule solution technique viable.
Fiabilité exceptionnelle:

Plus de 60 ans d'expérience opérationnelle mondiale (inventé en 1955), validé dans des milliers de projets à travers le monde.
Les statistiques de près de 4 000 unités montrent une fréquence moyenne d'opération d'une fois tous les quatre ans, démontrant une performance stable et fiable.

Questions techniques clés

No.	Question clé	Réponse clé
1	Qu'est-ce que le courant de court-circuit de crête ?	La valeur instantanée maximale pendant le premier cycle après l'occurrence d'un défaut de court-circuit, résultant de la superposition des composantes périodiques et non périodiques. Il génère des forces électromagnétiques énormes (test de stabilité dynamique) et de la chaleur (test de stabilité thermique).
2	Pourquoi limiter le courant de court-circuit de crête ?	Les courants de crête dépassant les paramètres de résistance nominale de l'équipement peuvent endommager les tableaux de distribution, les disjoncteurs, les transformateurs de courant et les connecteurs de câbles par des forces électromagnétiques puissantes.
3	Comment s'adapter au fonctionnement en parallèle de plusieurs transformateurs ?	Pour les tableaux de distribution ayant une capacité de résistance de 2Ik, dans un système avec quatre transformateurs (4Ik) en parallèle, une adaptation parfaite peut être réalisée en installant des limiteurs de courant rapides entre les sections de bus (par exemple, entre les sections 1-2 et 3-4).
4	Quels sont les critères de déclenchement ? Comment éviter les déclenchements erronés ?	L'unité de commande surveille simultanément le courant instantané (I) et le taux de variation du courant (di/dt). Un déclenchement est déclenché uniquement lorsque les deux dépassent les seuils définis. Ce double critère assure que seuls les courants de court-circuit dangereux sont interrompus, tandis que les défauts généraux sont gérés par les disjoncteurs en aval.
5	Comment entretenir après l'opération ?	Le composant opérationnel central (pont conducteur) présente un design modulaire et peut être renvoyé pour réparation. Seuls le noyau conducteur interne, le remplissage inductif et les fusibles parallèles doivent être remplacés ; les autres composants sont réutilisables, assurant des coûts de maintenance très faibles.

Fonctions et valeurs centrales

3.1 Fonction centrale

Détecte et limite les défauts lors de la phase initiale de montée du courant de court-circuit (en moins de 1 ms), empêchant efficacement les dommages aux équipements électriques dus à une insuffisance de stabilité dynamique et thermique. Il compense parfaitement les limitations inhérentes aux disjoncteurs traditionnels - "lents à agir et incapables de supprimer le pic de courant de la première demi-onde."

3.2 Avantages comparatifs

Objet de comparaison	Détails des avantages
Disjoncteurs traditionnels	Les disjoncteurs prennent des dizaines de millisecondes pour interrompre, ne pouvant éviter l'impact du premier pic de courant. Ce limiteur répond en 1 ms, limitant le courant de court-circuit de crête réel à un niveau inférieur.
Réacteurs limitateurs de courant	Évite la chute de tension, les pertes actives (pertes de cuivre) et les pertes réactives associées aux réacteurs en fonctionnement continu. Élimine également la nécessité de traiter les problèmes de régulation des générateurs causés par l'intégration des réacteurs.

3.3 Scénarios d'application

Centrales électriques
Sous-stations de grands réseaux industriels
Circuits/scénarios clés spécifiques : Circuits d'alimentation des transformateurs/générateurs, sections de liaison de bus, applications de contournement des réacteurs, et points d'interconnexion entre les réseaux et les sources d'énergie captive.

Structure et conception

4.1 Composition globale

Le limiteur de courant rapide pour système triphasé AC comprend :

3 bases de ponts conducteurs
3 ponts conducteurs
3 transformateurs de courant assortis
1 unité de commande

4.2 Détails des composants clés

Nom du composant	Composition / Caractéristiques	Paramètres clés / Règles
Base de pont conducteur	Inclus plaque de montage, isolateurs, transformateur d'impulsion et connecteurs avec raccords rapides	- Courant nominal ≥2500A et tension 12/17,5kV : Connexions vissées. - Transformateur d'impulsion : ≤17,5kV (installé uniquement en bas) ; ≥24kV (installé en haut et en bas pour une isolation fiable).
Pont conducteur	Noyau conducteur et remplissage inductif encapsulés dans un couvercle isolant	Lors du déclenchement, le remplissage inductif est activé, entraînant la rupture rapide du noyau conducteur à sa pré-découpe ; le courant est alors transféré au fusible parallèle.
Transformateur de courant assorti	Type douille ou bloc, connecté en série dans le circuit principal	Caractérisé par un noyau à fente (facteur de surintensité élevé, faible rémanence) et des enroulements primaire/secondaire blindés (faible impédance) pour assurer la précision et la rapidité de la mesure.
Unité de commande	Inclus alimentation, contrôle, indication et unités anti-interférence	- Dimensions : 600mm (L) × 1450mm (H) × 300mm (P) ; poids : 100kg. - Unité d'indication : 5 relais indicateurs (indication de déclenchement triphasé + surveillance de la disponibilité + surveillance de l'alimentation).

Principe de fonctionnement : Réalisation de la limitation de courant en 1 ms

5.1 Composition centrale

L'appareil est essentiellement une combinaison parallèle intelligente de deux composants :

"Commutateur extrêmement rapide (pont conducteur)" : Transporte le courant nominal en fonctionnement normal et s'ouvre instantanément en cas de défaut.
"Fusible de grande capacité de coupure" : Interrompt finalement le courant élevé après l'ouverture du commutateur.

5.2 Séquence de fonctionnement

Détection : Les transformateurs de courant (TC) collectent continuellement les signaux de courant ; l'unité de commande calcule le courant instantané (I) et le taux de variation du courant (di/dt).
Jugement : Lorsque I et di/dt dépassent les valeurs définies, l'unité de commande émet immédiatement une commande de déclenchement (jugement et déclenchement indépendants pour chaque phase).
Interruption : Le condensateur de déclenchement se décharge dans le transformateur d'impulsion, déclenchant le remplissage inductif dans le pont conducteur. Cela génère un gaz sous haute pression, provoquant la rupture du noyau conducteur à sa pré-découpe en 1 ms.
Limitation de courant : La résistance de l'arc augmente rapidement, transférant le courant au fusible parallèle. Le fusible commence à limiter en 0,5 ms et éteint complètement l'arc au prochain zéro de courant, éliminant le défaut.

5.3 Unités auxiliaires

Unité d'alimentation : Fournit une alimentation DC de 150V pour charger le condensateur de déclenchement et alimenter les composants électroniques. Inclut un circuit de veille pour surveiller la santé du système.
Unité anti-interférence : Tous les câblages externes passent par cette unité, offrant une protection efficace contre les interférences électromagnétiques externes et prévenant les opérations erronées.

Mise en service et tests

6.1 Exigences de test

Des tests fonctionnels réguliers sont nécessaires, qui peuvent être exécutés par les utilisateurs ou les ingénieurs de service ABB.

6.2 Équipements dédiés

Simulateur : Remplace temporairement le pont conducteur lors des tests. Sa lampe néon intégrée s'allume lorsqu'elle reçoit un signal de déclenchement, indiquant un fonctionnement correct.
Tête de test & Instrument de test : Utilisé pour vérifier la tension de sortie de déclenchement et la fonctionnalité globale. Doté d'une interface conviviale et d'une utilisation facile (dimensions : 400×215×320mm ; poids : 11kg).

Domaine d'approvisionnement et paramètres

7.1 Modèles d'approvisionnement

Type de modèle	Scénarios applicables	Configuration centrale
Composants discrets	Pour installation dans des tableaux de distribution existants	3 bases + 3 ponts conducteurs + 3 TC + 1 unité de commande
Armoire mobile	Pour tableaux de distribution métalliques	Ponts conducteurs montés sur des chariots amovibles (avec fonction d'interrupteur isolant) ; TC fixés ; unité de commande installée dans le compartiment basse tension
Armoire fixe	- Pour les systèmes 12/17,5/24kV - Obligatoire pour les systèmes 36/40,5kV	Tous les composants fixés à l'intérieur de l'armoire. Pour les systèmes 36/40,5kV, l'unité de commande est souvent installée dans une boîte de contrôle séparée.

7.2 Paramètres techniques clés (Exemple : Composants discrets)

Note : ¹ indique que le refroidissement forcé par air est requis ; compatible avec une fréquence de 50/60Hz.

Paramètre technique	Unité	12kV	17,5kV	24kV	36/40,5kV
Tension nominale	V	12000	17500	24000	36000/40500
Courant nominal	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Courant de court-circuit nominal de coupure (max.)	kA RMS	210	210	210	140

Scénarios d'application typiques

Scénario d'application	Problème central	Valeur de la solution
Fonctionnement en parallèle du système	Le courant de court-circuit provenant de plusieurs transformateurs en parallèle dépasse les cotes des tableaux de distribution	1. Permet de réduire l'impédance du système, minimisant la chute de tension. 2. Optimise la répartition de la charge des transformateurs, réduisant les pertes. 3. Permet le transfert de charge sans interruption en cas de défaut, améliorant la fiabilité de l'alimentation.
Interconnexion réseau-source d'énergie captive	L'exploitation d'un générateur captif cause un courant de court-circuit excessif au point de couplage commun	La seule solution rationnelle. Peut être équipée de déclenchements directionnels (nécessite un TC au neutre du générateur) pour s'assurer que l'opération ne se produit que pour les défauts côté réseau.
Contournement des réacteurs limitateurs de courant	Les réacteurs en fonctionnement continu causent des pertes et une chute de tension	Contourne les réacteurs en fonctionnement normal (zéro perte, zéro chute de tension) ; interrompt rapidement en cas de court-circuit, dérivant le courant vers le réacteur pour la limitation.
Application sélective de plusieurs unités	Opération sélective requise lorsque plusieurs limiteurs sont installés sur des bus multi-sections	Utilise le critère de "somme vectorielle du courant" pour s'assurer que seul le limiteur le plus proche du défaut opère. Prend en charge jusqu'à 5 transformateurs en parallèle (utilisant 4 limiteurs).