Conception et réalisation d’un système de coupure et rétablissement du courant électrique à distance

Par : Ir MANDA MANGALA JEAN

GENERALITES SUR LES DISPOSITIFS DE COUPURES DU COURANT ELECTRIQUE 

Les dispositifs de coupure électrique ou appareillage, sont des éléments qui permettent d’obtenir la protection et l’exploitation sûre et ininterrompue d’un réseau électrique. La parfaite maîtrise de l’énergie électrique exige de posséder tous les moyens nécessaires à la commande et au contrôle de la circulation du courant dans les circuits qui vont des centrales de production jusqu’aux consommateurs. Son rôle est d’assurer en priorité la protection automatique de ces circuits contre tous les incidents susceptibles d’en perturber le fonctionnement, mais aussi d’effectuer sur commande les différentes opérations qui permettent de modifier la configuration du réseau dans les conditions normales de service. Les dispositifs de coupure électrique permettent d’adapter, à chaque instant, la structure du réseau aux besoins de ses utilisateurs, producteurs et consommateurs d’électricité, et de préserver, totalement ou partiellement, cette fonction en cas d’incident. Pour remplir ses fonctions avec fiabilité et disponibilité, il doit posséder de nombreuses aptitudes :

➤ supporter des contraintes diélectriques dues à des ondes de chocs (dues à la foudre ou à la manœuvre d’appareils) ou à des tensions à fréquence industrielle ;
➤ assurer le passage du courant permanent ou de court-circuit, sans échauffement excessif et sans dégradation des contacts ;
➤ être capable de fonctionner dans des conditions atmosphériques défavorables : à haute ou à basse température, en altitude où la densité de l’air est plus faible, parfois sous forte pollution (pollution marine, vents de sables…) ;
➤ supporter des séismes avec une accélération au sol égale à 0,2g ou 0,5g ;
➤ et surtout, pour les disjoncteurs, être capable d’interrompre tous les courants inférieurs à son pouvoir de coupure (courants de charge et courants de court-circuit).

On exige de lui une fiabilité presque parfaite, des opérations de maintenance légères et en nombre limité dans la mesure où ces interventions sont à la fois coûteuses et gênantes pour l’exploitation.

Choix et classifications des dispositifs de coupure 

Choisir des dispositifs électriques adaptés au récepteur demande une bonne connaissance du comportement du récepteur lors de l’utilisation normale et lors de dis-fonctionnement en prenant en considération la cadence de fonctionnement, le risque de surcharge, la résistance aux courts circuits et la résistance aux surtensions. Certaines de ces caractéristiques peuvent être affectées par leur incorporation à un ensemble ; c’est notamment le cas des fusibles, des contacteurs et des interrupteurs, susceptibles de faire l’objet d’un déclassement (diminution de leur courant assigné), compte tenu des conditions de voisinage avec d’autres matériels et de la température intérieure, en fonctionnement, de l’ensemble. Une coordination doit également être assurée entre les courants maximaux admissibles de certains appareils et les caractéristiques des dispositifs de protection placés en amont. Lorsque les indices de protection (IP) ont été spécifiés pour l’enveloppe, les matériels encastrés doivent avoir une tenue correspondante, à moins de recevoir une protection complémentaire ; il en est de même des dispositifs électriques de commande…, est classé en plusieurs catégories selon :

Sa fonction
Pour adapter la source d’énergie au comportement du récepteur, il est défini quelques grandes fonctions à remplir par les dispositifs électriques :

➤ le sectionnement : il est nécessaire d’isoler, en tout ou partie, les circuits, les récepteurs de leur source d’énergie afin de pouvoir intervenir sur les installations en garantissant la sécurité des intervenants (électriciens habilités).
➤ l’interruption : alors que l’installation est en service, le récepteur remplissant sa fonction, il est parfois nécessaire d’interrompre son alimentation en pleine charge, ceci pouvant faire office d’arrêt d’urgence.
➤ la protection contre les courts-circuits : les installations et les récepteurs peuvent être le siège d’incidents électriques ou mécaniques se traduisant par une élévation rapide et importante du courant absorbé. Un courant supérieur de 10 à 13 fois le courant nominal est un courant de défaut. Il est assimilé à un courant de court-circuit. Afin d’éviter la détérioration des installations et des appareillages ou dispositifs, les perturbations sur le réseau d’alimentation et les risques d’accidents humains, il est indispensable de détecter ces courts-circuits et d’interrompre rapidement le circuit concerné.
➤ la protection contre les surcharges : les surcharges mécaniques et les défauts des réseaux d’alimentation sont les causes les plus fréquentes de la surcharge supportée par les récepteurs (moteurs). Ils provoquent une augmentation importante du courant absorbé, conduisant à un échauffement excessif du récepteur, ce qui réduit fortement sa durée de vie et peut aller jusqu’à sa destruction.
➤ la commutation : son rôle est d’établir et de couper le circuit d’alimentation du récepteur.

Sa tension
On distingue les domaines de tension suivants:
➤ la basse tension (BT) qui concerne les tensions inférieures à 1 kV ;
➤ la moyenne tension (MT) (HTA) qui concerne les tensions entre 1 kV et 50 kV ;
➤ la haute tension (HT) ou (HTB) qui concerne les tensions supérieures à 50 kV.

Sa destination
Le dispositif électrique est destiné à fonctionner dans les réseaux ou installations principaux suivants:
➤ installations domestiques basse tension (BT) (< 1 kV) ;
➤ installations industrielles basse tension (BT) (< 1 kV) ;
➤ installations industrielles HT (3,6 à 24 kV) ;
➤ réseaux de distribution (< 52 kV) ;
➤ réseaux de répartition ou de transport (≥ 52 kV).

Phénomènes d’interruption du courant électrique 

Définition de l’arc électrique 

L’arc électrique correspond à une décharge lumineuse qui accompagne le passage de l’électricité entre deux conducteurs présentant une différence de potentiel convenable.

Naissance d’un arc électrique à la coupure d’un circuit 

A la coupure d’un circuit, naît généralement un arc électrique entre les contacts de l’organe de manœuvre (interrupteur, disjoncteur). Ce fait marquant, qui intervient principalement sur forte surcharge (ou court-circuit) lorsque la séparation des pôles est dépendante des éléments de contrôle de la surintensité, Plusieurs milieux de coupure ont été développés à ce jour :

➤ La coupure dans l’air (jusqu’à 24 kV), mais aujourd’hui limitée à des utilisations en basse tension;
➤ La coupure dans l’huile (jusqu’à 200 kV) ;
➤ La coupure dans le SF6 (jusqu’à quelques centaines de kV) ;
➤ La coupure dans le vide (jusqu’à 36 kV).

Dispositif ou Appareillages de connexion et de séparation 

Les dispositifs de connexion sont conçus pour exécuter la fonction de séparation qui correspond à la mise hors tension de tout ou une partie d’une installation et garantir sa séparation de toute source d’énergie électrique. En basse tension, ils sont des dispositifs établis généralement une fois pour toutes et ne pouvant être modifiés sans intervention sur leurs éléments, le plus souvent à l’aide d’outils. Il s’agit de :

➤ jeux de barres béto-barres et dérivations (soudés, boulonnés, assurés par serre barres);
➤ bornes de différents modèles (bornes à vis, sans vis, à cages, à plage, à tige, à étrier, à plots, en barrettes…) ;
➤ cosses et raccords (soudés, sertis,…) ;
➤ raccords et connexions à percement d’isolant, utilisés dans des applications particulières (téléphonie, lignes aériennes et conducteurs isolés en faisceaux…). Ces connexions sont effectuées soit sur les bornes des appareillages, soit sur des bornes placées dans les enveloppes des appareillages (coffrets, tableaux…), soit encore dans des boîtes affectées à ce seul usage (boîtes de connexion), de façon à rester accessibles pour vérifications ou interventions.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES DISPOSITIFS DE COUPURES DU COURANT ELECTRIQUE
I.2. Choix et classifications des dispositifs de coupure
I.3. Phénomènes d’interruption du courant électrique
I.3.1 Définition de l’arc électrique
I.3.2. Naissance d’un arc électrique à la coupure d’un circuit
I.4. Dispositif ou Appareillages de connexion et de séparation
I.5. Les sectionneurs
I.5.1. Rôle
I.5.2. Principe de fonctionnement
I.5.3. Caractéristiques principales
I.5.4.Différents types de sectionneurs
I.5.4.1. Sectionneur porte-fusibles tripolaire avec contact de pré-coupure avec poignée extérieure
I.5.4.2. Sectionneur porte-fusibles tripolaire avec contact de neutre et de pré-coupure avec poigné extérieure
I.5.4.3. Les interrupteurs-sectionneurs
I.5.4.3.1 Rôle
I.5.4.3.2 Sectionneurs BT domestique
I.5.4.3.3 Sectionneurs BT industriels
I.5.4.3.4 Sectionneurs MT et HT
I.6. Fusible Dispositif ou Appareillages de protection
I.6.1. Rôle
I.6.2. Choix d’un fusible
I.6.3. Avantages et inconvénients d’un fusible
I.6.3.1. Avantages
I.6.3.2. Inconvénients
I.7. Discontacteurs
I.7.1. Le Disjoncteur Magnétothermique
I.7.1.1. Rôle
I.7.1.2. Principe de fonctionnement
I.7.1.3. Principe thermique
I.7.1.4. Principe magnétique
I.7.2. Chambre de coupure
I.7.3. Caractéristiques et classification
I.7.4. Différentielle
I.7.5. Différents types de disjoncteurs
I.7.5.1.Disjoncteur divisionnaire domestique
I.7.5.2. Disjoncteur de distribution industriel basse tension (BT)
I.7.5.3. Les disjoncteurs sur châssis métallique de 800A à 6300A
I.8. Anomalies dans un réseau électrique
I.8.1. Court-circuit
I.8.2. Origines d’un défaut de courts-circuits
I.8.3. Caractéristiques
I.9. Surtensions
I.9.1. Surcharges
I.9.2. Les oscillations
I.9.3. Le déséquilibre
I.9.4. Conséquences des défauts sur le réseau électrique
I.10. Système de protection
I.10.1. Rôle d’une protection
I.10.2. Schéma synoptique d’un système de protection
І.10.3. Eléments constitutifs d’un système de protection
I.10.3.1. Réducteurs de mesure
I.10.3.1.2.Transformateur de tension
І.10.3.2. Relais de protection
I.11. Qualités d’une protection électrique
I.11.1. Sensibilité
І.11.2. Fiabilité
CHAPITRE II : CONCEPTION DU DISPOSITIF DE COUPURE ET RETABLISSEMENT DU COURANT ELECTRIQUE A DISTANCE
II.1. Introduction
II.2. schéma bloc du système de commande
II.3. Composantes électroniques
II.4. Fonctionnement de composants électroniques
II.4.1. Résistances
II.4.2. Condensateurs
II.4.4. Relais
II.4.5. Diodes
II.4.6. Circuits Intégrés
II.4.6.1. Circuit intégré analogique
II.4.6.2. Circuit intégré numérique
II.4.7. Circuit Intégrés NE 555
II.5. Types de montage avec les Circuits Intégrés NE 555 et CD 4017
II.5.1. Description fonctionnelle du C.I. NE555
II.5.2. Circuit Intégrés CD 4017
II.5.2.1. Application du Circuit Intégrés CD 4017
II.5.3. LES LED
II.5.4. Transformateur
II.5.5. Composants électroniques et matériels électriques
II.6. Schéma bloc du circuit électronique système
II.7. Fonctionnement du système
II.8. Schéma électronique du système pendant le rétablissement
II.8.1. Schéma électronique du système pendant la coupure
CHAPITRE III. ETUDE D’IMPLANTATION ET EVALUATION DES PERFORMANCES
III.1. Service d’exploitation
III. 2.Schéma d’implantation dans la cabine électrique
III.2.1. Schéma générale d’une cabine électrique
III.2.2. Schéma synoptique du système implanté dans la cabine électrique SNEL
III.3. Cout estimatif
III.3.1. Matériels utilisés
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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