Combiné de disjoncteur de charge à haute tension - Solution d'appareil électrique fusible : Guide d'application de sécurité basé sur le courant de transfert

I. Problème central et objectif​
Cette solution vise à résoudre les risques de sécurité résultant du désaccord entre le paramètre central "courant de transfert" de l'appareil électrique combiné "disjoncteur de charge-fusible" et le courant de court-circuit réel du système lors de la protection des transformateurs électriques. L'objectif est de fournir un ensemble clair de directives pour la sélection, la vérification et l'application, garantissant que l'appareil électrique combiné fonctionne correctement et de manière fiable en cas de défaut du transformateur. Cela empêche le disjoncteur de charge d'être endommagé en raison de l'interruption de courants au-delà de ses capacités et protège l'ensemble du système de distribution.

​II. Concept clé : Courant de transfert​

1. ​Définition et mécanisme​
   Le courant de transfert est la valeur critique qui détermine si un courant de défaut est interrompu par le fusible ou le disjoncteur de charge. Son occurrence est étroitement liée au mécanisme de fonctionnement de l'appareil électrique combiné:
   • ​Petit courant de défaut: Le fusible d'une phase (la première phase à fondre) fond en premier, et son percuteur active le mécanisme du disjoncteur de charge, provoquant l'ouverture simultanée des trois pôles du disjoncteur de charge et l'interruption des deux autres phases.
   • ​Grand courant de défaut: Les trois fusibles fondent presque simultanément et rapidement, interrompant le courant de défaut avant que le disjoncteur de charge ne s'ouvre.
   • Le courant de transfert est précisément la frontière entre ces deux modes de fonctionnement.
2. ​Méthode officielle de détermination​
   Selon les normes IEC, le courant de transfert (Itr) est déterminé en fonction de:
   • Le temps total d'ouverture du disjoncteur de charge (T0): Le temps entre l'activation du percuteur du fusible et la séparation complète des contacts du disjoncteur de charge.
   • La courbe caractéristique temps-courant du fusible: Sur la courbe caractéristique avec une tolérance de fabrication de -6,5%, la valeur de courant correspondant à un temps de fonctionnement de 0,9 × T0 est le courant de transfert.
3. ​Classification et facteurs influents​
   • ​Courant de transfert nominal: La valeur standard fournie par le fabricant, basée sur le calibre maximal du fusible.
   • ​Courant de transfert réel (Ic,zy)​: La valeur qui doit être vérifiée dans les applications d'ingénierie, dérivée de la courbe caractéristique en fonction du calibre réel du fusible sélectionné et de T0.
   • ​Principaux facteurs influents: Le temps d'ouverture T0 du disjoncteur de charge est le facteur principal. Un T0 plus petit entraîne un courant de transfert plus grand. Les caractéristiques propres du fusible sont également un facteur.

​III. Principes d'application centraux et processus de vérification​

1. ​Règle d'or​
   Pour assurer la sécurité, la condition suivante doit être remplie:
   La valeur du courant de court-circuit triphasé sur le busbar côté basse tension du transformateur, converti au côté haute tension (Isc) > Courant de transfert réel de l'appareil électrique combiné (Ic,zy)
   • ​Lorsqu'elle est remplie: Le courant de court-circuit triphasé est interrompu par le fusible, protégeant le disjoncteur de charge.
   • ​Lorsqu'elle n'est pas remplie: Le disjoncteur de charge est forcé d'interrompre le courant (environ le courant de court-circuit biphasé) et subit une tension de récupération transitoire (TRV) sévère, rendant très probable l'échec de l'interruption et conduisant à des accidents.
2. ​Étapes de sélection et de vérification​
   Pour appliquer correctement l'appareil électrique combiné, les étapes suivantes doivent être suivies:
3. ​Collecter les paramètres du système: Obtenir la capacité de court-circuit du système, la capacité du transformateur et la tension d'impédance.
4. ​Sélection préliminaire: En fonction du courant nominal du transformateur, sélectionner préliminairement des spécifications appropriées de fusible et un type de disjoncteur de charge.
5. ​Calculer les courants clés:
   o Calculer le courant de court-circuit triphasé côté basse tension du transformateur et le convertir au côté haute tension (Isc).
   o En se basant sur les spécifications de fusible sélectionnées et le temps T0 du disjoncteur de charge, se référer à la courbe fournie par le fabricant pour obtenir le courant de transfert réel (Ic,zy).
6. ​Effectuer la vérification centrale: Comparer Isc et Ic,zy.
   o Si Isc > Ic,zy, la vérification est réussie et la solution est essentiellement sûre.
   o Si Isc < Ic,zy, la solution comporte des risques et des mesures d'optimisation doivent être prises (voir partie IV).
7. ​Vérification finale des capacités: Confirmer si la capacité d'interruption du courant de transfert nominal du disjoncteur de charge sélectionné est supérieure au Ic,zy calculé. Cela sert de barrière de sécurité finale.

​IV. Orientation pour différents scénarios​

1. ​Capacité du transformateur ≤ 630 kVA​
   • ​Solution: L'utilisation d'un appareil électrique combiné est généralement sûre et économique.
   • ​Explication: Comme indiqué dans le tableau, pour les transformateurs de 500 kVA et 630 kVA (avec 4% d'impédance), la condition Isc > Ic,zy est facilement remplie lorsque la capacité de court-circuit du système est suffisante.
   • ​Recommandation: Des appareils électriques combinés à disjoncteur de charge pneumatique ordinaires peuvent être sélectionnés.
2. ​Capacité du transformateur 800 ~ 1250 kVA​
   • ​Solution: Plage à haut risque, une vérification stricte est obligatoire.
   • ​Analyse: Comme indiqué dans le tableau, même avec une impédance de transformateur de 6%, il est difficile de remplir la condition Isc > Ic,zy pour les transformateurs de 800 kVA et plus. Si des disjoncteurs de charge à vide ou SF6 avec un T0 plus petit sont sélectionnés, leur courant de transfert est plus grand, rendant la condition encore plus difficile à remplir.
   • ​Mesures d'optimisation:
   o Prioriser l'utilisation de disjoncteurs de charge pneumatiques avec un temps d'ouverture (T0) plus long pour réduire le courant de transfert et faciliter la satisfaction de la condition.
   o Communiquer activement avec les fabricants pour savoir si les disjoncteurs de charge à vide ou SF6 peuvent être ajustés (en augmentant T0) pour atteindre une valeur de courant de transfert plus petite.
   o Si la condition ne peut pas être remplie après le calcul et la vérification, la solution de l'appareil électrique combiné doit être abandonnée.
   • ​Recommandation finale: Pour les transformateurs de 1000 kVA et 1250 kVA, en particulier les transformateurs à sec, il est fortement recommandé d'utiliser directement des disjoncteurs.
3. ​Capacité du transformateur > 1250 kVA​
   • ​Solution: Les disjoncteurs doivent être utilisés pour la protection et le contrôle.
   • ​Explication: Le niveau de courant de court-circuit à cette capacité dépasse la plage de protection fiable des appareils électriques combinés. Les disjoncteurs sont le seul choix sûr.

​V. Résumé et notes spéciales​

1. ​La vérification est obligatoire: Ne jamais se fier uniquement à l'expérience ou à l'application simple des appareils électriques combinés en fonction de la capacité du transformateur. Le calcul et la comparaison de Isc et Ic,zy doivent être effectués.
2. ​Tenir compte de l'impact du type de disjoncteur de charge: Ne pas supposer aveuglément que les disjoncteurs de charge à vide ou SF6, ayant des capacités d'interruption plus fortes, sont supérieurs. Leur T0 plus petit entraîne un courant de transfert plus grand, ce qui peut rendre plus difficile la satisfaction de la condition de vérification centrale et introduire des risques.
3. ​Importance de la capacité de court-circuit du système: La capacité de court-circuit du système affecte directement la valeur de Isc. Dans les systèmes avec des capacités de court-circuit plus petites, tels que les parcs industriels ou les points terminaux du réseau, ces problèmes deviennent plus marqués, et une extrême prudence est nécessaire lors de la sélection.