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Protection d'un alternateur : Différence entre versions

De Guide de l'Installation Electrique

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* Un : tension assignée fournie par l'alternateur,  
 
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* In : courant assigné fourni par l'alternateur.
 
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{{FigImage|DB422641_FR|svg|N2|Schéma de principe d'un groupe électrogène}}
  
 
== Protection contre les surcharges ==
 
== Protection contre les surcharges ==
 
La courbe de protection de l’alternateur doit être analysée (cf. '''Fig. N3''').
 
La courbe de protection de l’alternateur doit être analysée (cf. '''Fig. N3''').
  
Les normes ou les besoins des applications peuvent aussi imposer un régime spécifique de surcharge. Par exemple :
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Les possibilités de réglages des protections surcharge (ou Long retard) doivent suivre au plus près ces impositions.
 
Les possibilités de réglages des protections surcharge (ou Long retard) doivent suivre au plus près ces impositions.
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=== Note sur les surcharges ===
 
=== Note sur les surcharges ===
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** surcharge pour une marche 1 h toutes les 12 h (régime unihoraire).
 
** surcharge pour une marche 1 h toutes les 12 h (régime unihoraire).
  
=== Protection contre les courts-circuits ===
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==== Établissement du courant de court-circuit ====
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=== Établissement du courant de court-circuit ===
 
Le courant de court-circuit est la somme :
 
Le courant de court-circuit est la somme :
 
* d’un courant apériodique,
 
* d’un courant apériodique,
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L’équation du courant de court-circuit montre que celui-ci s’établit suivant trois phases (cf. '''Fig. N4''')
 
L’équation du courant de court-circuit montre que celui-ci s’établit suivant trois phases (cf. '''Fig. N4''')
  
 
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* '''Régime subtransitoire''' <!--
 
* '''Régime subtransitoire''' <!--
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** l’impédance du circuit en défaut. <!--
 
** l’impédance du circuit en défaut. <!--
 
--><p> L’impédance de court-circuit de l'alternateur à considérer est la réactance subtransitoire x"d exprimée en % de Uo (tension phase neutre) par le constructeur. </p><!--
 
--><p> L’impédance de court-circuit de l'alternateur à considérer est la réactance subtransitoire x"d exprimée en % de Uo (tension phase neutre) par le constructeur. </p><!--
--><p> La valeur typique est de 10 à 15 %.On en déduit l'impédance de court-circuit subtransitoire de l’alternateur </p>
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<math>X^{''}d(ohms)= \frac {U^2_nx^{''}d}{100\, S}\; avec\; S = \sqrt3\, Un\,. In</math>  
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* '''Régime transitoire'''<!--
 
* '''Régime transitoire'''<!--
 
--><p>Le régime transitoire se situe de 100 à 500 ms après l'apparition du défaut. A partir de la valeur du courant de défaut de la période subtransitoire, le courant décroît jusqu’à 1,5 à 2 fois le courant In.</p><!--
 
--><p>Le régime transitoire se situe de 100 à 500 ms après l'apparition du défaut. A partir de la valeur du courant de défaut de la période subtransitoire, le courant décroît jusqu’à 1,5 à 2 fois le courant In.</p><!--
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* '''Régime permanent''' <p> Le régime permanent se situe au-delà de 500 ms. Lorsque le défaut persiste, la tension de sortie du groupe s’effondre, la régulation de l’excitatrice cherche à faire remonter cette tension de sortie. Il en résulte un courant de court-circuit entretenu stabilisé :</p>
 
* '''Régime permanent''' <p> Le régime permanent se situe au-delà de 500 ms. Lorsque le défaut persiste, la tension de sortie du groupe s’effondre, la régulation de l’excitatrice cherche à faire remonter cette tension de sortie. Il en résulte un courant de court-circuit entretenu stabilisé :</p>
** si l’excitation de l’alternateur n’augmente pas pendant un court-circuit (pas de surexcitation de champ), mais se maintient au niveau précédant le défaut, le courant se stabilise à une valeur qui est donnée par la réactance synchrone Xd de l’alternateur. La valeur typique de xd est supérieure à 200 %. De ce fait, le courant final sera inférieur au courant pleine charge de l’alternateur, en général de l’ordre de 0,5 In
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** si l’excitation de l’alternateur n’augmente pas pendant un court-circuit (pas de surexcitation de champ), mais se maintient au niveau précédant le défaut, le courant se stabilise à une valeur qui est donnée par la réactance synchrone Xd de l’alternateur. La valeur typique de xd est supérieure à 200%. De ce fait, le courant final sera inférieur au courant pleine charge de l’alternateur, en général de l’ordre de 0,5 In
 
** si l’alternateur est équipé d’une excitation maximale de champ (forçage du champ) ou d’une excitation compound, la tension de "survoltage" de l’excitation fera augmenter le courant de défaut pendant 10 secondes habituellement à 2 à 3 fois le courant pleine charge de l’alternateur.
 
** si l’alternateur est équipé d’une excitation maximale de champ (forçage du champ) ou d’une excitation compound, la tension de "survoltage" de l’excitation fera augmenter le courant de défaut pendant 10 secondes habituellement à 2 à 3 fois le courant pleine charge de l’alternateur.
  
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Les constructeurs précisent en général les valeurs des impédances et les constantes de temps nécessaires à l’analyse du fonctionnement en régime transitoire ou permanent (cf. '''Fig. N5''').
 
Les constructeurs précisent en général les valeurs des impédances et les constantes de temps nécessaires à l’analyse du fonctionnement en régime transitoire ou permanent (cf. '''Fig. N5''').
  
 
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| 10,5
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| x’d (transitoire)
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| 21
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| 15,6
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| 19,4
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| 30,2
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| xd (permanante)
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| 280
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| 291
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| 358
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| 280
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| 404
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| 292
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Les résistances étant toujours négligeables devant les réactances, l’intensité de court-circuit en période transitoire, est donnée par :
 
Les résistances étant toujours négligeables devant les réactances, l’intensité de court-circuit en période transitoire, est donnée par :
  
<math>Icc3=\frac{Uo}{X^'d}\frac{1}{\sqrt 3}</math> &nbsp;&nbsp;(X’d en ohm)
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<math>Icc3=\frac{Uo}{X^{'}d}\frac{1}{\sqrt 3}</math> &nbsp;&nbsp;(X’d en ohm)
  
 
ou
 
ou
  
<math>Icc3=\frac{In}{X^'d}100</math>  &nbsp;&nbsp;(X'd en %)
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<math>Icc3=\frac{In}{X^{'}d}100</math>  &nbsp;&nbsp;(X'd en %)
  
 
'''Nota''' : Ces valeurs sont à rapprocher du courant de court-circuit aux bornes d'un transformateur : ainsi, pour une même puissance, les courants en cas de défaut proche d'un alternateur seront 5 à 6 fois plus faibles que ceux fournis par un transformateur.  
 
'''Nota''' : Ces valeurs sont à rapprocher du courant de court-circuit aux bornes d'un transformateur : ainsi, pour une même puissance, les courants en cas de défaut proche d'un alternateur seront 5 à 6 fois plus faibles que ceux fournis par un transformateur.  
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Cette différence est encore accentuée par le fait que le groupe électrogène a en général une puissance inférieure à celle du transformateur (cf. '''Fig. N6''').
 
Cette différence est encore accentuée par le fait que le groupe électrogène a en général une puissance inférieure à celle du transformateur (cf. '''Fig. N6''').
  
Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 1, Normal de 2000 kVA, le courant de court-circuit est de 42 kA au niveau du jeu de barres du TGBT. Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 2, groupe de Remplacement de 500 kVA à réactance transitoire de 30 %, le courant de court-circuit s’établit à 2,5 kA environ soit à une valeur 16 fois plus faible qu’avec la source Normal.
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Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 1, Normal de 2000 kVA, le courant de court-circuit est de 42 kA au niveau du jeu de barres du TGBT. Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 2, groupe de Remplacement de 500 kVA à réactance transitoire de 30%, le courant de court-circuit s’établit à 2,5 kA environ soit à une valeur 16 fois plus faible qu’avec la source Normal.
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{{FigImage|DB422644_FR|svg|N6|Exemple d'installation des circuits prioritaires alimentés en secours par un alternateur}}
  
 
[[en:Generator_protection]]
 
[[en:Generator_protection]]

Version actuelle en date du 14 juin 2017 à 04:21

Flag of France.svg  Les contenus spécifiques aux normes et réglementations françaises sont mis en évidence par un texte orange ou par un filet orange comme celui dans la marge

Règles générales de conception d'une installation électrique
Raccordement au réseau de distribution publique MT
Raccordement au réseau de distribution publique BT
Bien choisir une architecture de distribution électrique
La distribution BT
Protection contre les chocs et incendies électriques
La protection des circuits
L’appareillage BT : fonctions et choix
La protection contre les surtensions
Efficacité Energétique de la Distribution Electrique
Compensation d’énergie réactive
Détection et atténuation des harmoniques
Les alimentations et récepteurs particuliers
Les installations photovoltaïques
La norme NF C 15-100 dans l’habitat
Recommandations pour l'amélioration de la CEM
Mesure

Sommaire

La Figure N2 ci-dessous montre les paramètres de dimensionnement électrique d'un groupe électrogène :

  • Pn : puissance du moteur thermique,
  • Un : tension assignée fournie par l'alternateur,
  • In : courant assigné fourni par l'alternateur.

Fig. N2Schéma de principe d'un groupe électrogène

[modifier] Protection contre les surcharges

La courbe de protection de l’alternateur doit être analysée (cf. Fig. N3).

Les normes ou les besoins des applications peuvent aussi imposer un régime spécifique de surcharge.
Par exemple :

I/In t
1,1 > 1 h
1,5 30 s

Les possibilités de réglages des protections surcharge (ou Long retard) doivent suivre au plus près ces impositions.

Fig. N3Exemple de courbe de surcharge t = f(I/In)

[modifier] Note sur les surcharges

  • Pour des raisons économiques, le moteur thermique d'un groupe de Remplacement peut être strictement dimensionné pour sa puissance nominale. S’il y a une surcharge de puissance active, le moteur diesel cale.

    Le bilan de puissance active des charges prioritaires doit le prendre en compte.

  • Un groupe de Production doit pouvoir supporter des surcharges d’exploitation :
    • surcharge pour une marche uni horaire,
    • surcharge pour une marche 1 h toutes les 12 h (régime unihoraire).

[modifier] Protection contre les courts-circuits

[modifier] Établissement du courant de court-circuit

Le courant de court-circuit est la somme :

  • d’un courant apériodique,
  • d’un courant sinusoïdal amorti.

L’équation du courant de court-circuit montre que celui-ci s’établit suivant trois phases (cf. Fig. N4)

Fig. N4Niveau de courant de court-circuit pendant les 3 phases

  • Régime subtransitoire

    A l’apparition d’un court-circuit aux bornes d’un alternateur, le courant s’établit d’abord à une valeur relativement élevée de l’ordre de 6 à 12 In pendant le premier cycle (0 à 20 milliseconde).

    L’amplitude d'un tel courant de court circuit est définie par trois paramètres :

    • la réactance subtransitoire de l’alternateur,
    • le niveau d’excitation préalable à l'instant du défaut,
    • l’impédance du circuit en défaut.

      L’impédance de court-circuit de l'alternateur à considérer est la réactance subtransitoire x"d exprimée en % de Uo (tension phase neutre) par le constructeur.

      La valeur typique est de 10 à 15 %.On en déduit l'impédance de court-circuit subtransitoire de l’alternateur

      X^{''}d(ohms)= \frac {{U_n}^2x^{''}d}{100\, S}\; avec\; S = \sqrt3\, Un\,. In

  • Régime transitoire

    Le régime transitoire se situe de 100 à 500 ms après l'apparition du défaut. A partir de la valeur du courant de défaut de la période subtransitoire, le courant décroît jusqu’à 1,5 à 2 fois le courant In.

    L’impédance de court-circuit à considérer pour cette période est la réactance transitoire x’d exprimée en % Uo par le constructeur. La valeur typique est de 20 à 30%.

  • Régime permanent

    Le régime permanent se situe au-delà de 500 ms. Lorsque le défaut persiste, la tension de sortie du groupe s’effondre, la régulation de l’excitatrice cherche à faire remonter cette tension de sortie. Il en résulte un courant de court-circuit entretenu stabilisé :

    • si l’excitation de l’alternateur n’augmente pas pendant un court-circuit (pas de surexcitation de champ), mais se maintient au niveau précédant le défaut, le courant se stabilise à une valeur qui est donnée par la réactance synchrone Xd de l’alternateur. La valeur typique de xd est supérieure à 200%. De ce fait, le courant final sera inférieur au courant pleine charge de l’alternateur, en général de l’ordre de 0,5 In
    • si l’alternateur est équipé d’une excitation maximale de champ (forçage du champ) ou d’une excitation compound, la tension de "survoltage" de l’excitation fera augmenter le courant de défaut pendant 10 secondes habituellement à 2 à 3 fois le courant pleine charge de l’alternateur.

[modifier] Calcul du courant de court-circuit

Les constructeurs précisent en général les valeurs des impédances et les constantes de temps nécessaires à l’analyse du fonctionnement en régime transitoire ou permanent (cf. Fig. N5).

(kVA) 75 200 400 800 1 600 2 500
x”d (subtransitoire) 10,5 10,4 12,9 10,5 18,8 19,1
x’d (transitoire) 21 15,6 19,4 18 33,8 30,2
xd (permanante) 280 291 358 280 404 292

Fig. N5Exemple de valeurs d'impédance (en %) selon des puissances d’alternateurs

Les résistances étant toujours négligeables devant les réactances, l’intensité de court-circuit en période transitoire, est donnée par :

Icc3=\frac{Uo}{X^{'}d}\frac{1}{\sqrt 3}   (X’d en ohm)

ou

Icc3=\frac{In}{X^{'}d}100   (X'd en %)

Nota : Ces valeurs sont à rapprocher du courant de court-circuit aux bornes d'un transformateur : ainsi, pour une même puissance, les courants en cas de défaut proche d'un alternateur seront 5 à 6 fois plus faibles que ceux fournis par un transformateur.

Cette différence est encore accentuée par le fait que le groupe électrogène a en général une puissance inférieure à celle du transformateur (cf. Fig. N6).

Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 1, Normal de 2000 kVA, le courant de court-circuit est de 42 kA au niveau du jeu de barres du TGBT. Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 2, groupe de Remplacement de 500 kVA à réactance transitoire de 30%, le courant de court-circuit s’établit à 2,5 kA environ soit à une valeur 16 fois plus faible qu’avec la source Normal.

Fig. N6Exemple d'installation des circuits prioritaires alimentés en secours par un alternateur