05 surtensions et coordination de isolement

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Giude de conception des réseaux electriques industriels

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393Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A5. Les surtensions etla coordination de l'isolement394Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A5. LES SURTENSIONS ET LA COORDINATION DE L'ISOLEMENTDiffrentstypesdesurtensionpeuventapparatredanslesrseauxindustriels.Ilfautdoncinstallerdesdispositifspermettantdediminuerleuramplitudeetchoisirleniveaud'isolementdes quipements afin de rduire les risques de dfaut un niveau acceptable.5.1. Les surtensionsUnesurtensionesttoutetensionentreunconducteurdephaseetlaterre,ouentreconducteursdephase,dontlavaleurdecrtedpasselavaleurdecrtecorrespondantlatension la plus leve pour le matriel, dfinie par la norme CEI 71-1.Unesurtensionestditedemodediffrentielsielleapparatentreconducteursdephaseouentre circuits diffrents. Elle est dite de mode commun si elle apparat entre un conducteur dephase et la masse ou la terre. origine des surtensionsLes surtensions peuvent tre d'origine interne ou externe. origine interneCes surtensions sont causes par un lment du rseau considr et ne dpendent que descaractristiques et de l'architecture du rseau lui-mme.Atitred'exemple,lasurtensionquiapparat lacoupureducourantmagntisantd'untransformateur. origine externeCessurtensionssontprovoquesoutransmisespardeslmentsexternesaurseau,donton peut citer titre d'exemple :- surtension provoque par la foudre- propagation d'une surtension HT travers un transformateur vers un rseau interne d'usine.395Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A classification des surtensionsLa norme CEI 71-1 donne la classification des surtensions selon leur dure et leur forme.Selon la dure, on distingue les surtensions temporaires et les surtensions transitoires :- surtensiontemporaire:surtension frquenceindustriellededurerelativementlongue(de quelques priodes quelques secondes).- surtensiontransitoire:surtensiondecourtedurenedpassantpasquelquesmillisecondes, oscillatoire ou non, gnralement fortement amortie.Les surtensions transitoires sont divises en :. surtension front lent. surtension front rapide. surtension front trs rapide. formes de tensions normalisesLanormeCEI 71-1donnelesformesd'ondesnormalisesutilisespoureffectuerlesessaisdes matriels :- tensiondecourtedurefrquenceindustrielle:c'estunetensionsinuso daledefrquence comprise entre 48 Hz et 62 Hz et de dure gale 60 s.- tensiondechocdemanoeuvre:c'estunetensiondechocayantunedurejusqu' lacrte de 250 s et une dure de descente jusqu'la mi-valeur de 2500 s.- tension de choc de foudre : c'est une tension de choc ayant une dure de front montantde 1,2 s et une dure de descente jusqu'la mi-valeur de 50 s. consquences des surtensionsLessurtensionsdanslesrseauxlectriquesprovoquentdesdgradationsdumatriel,unebaisse de la continuit de service et un danger pour la scurit des personnes.Les consquences peuvent tre trs diverses suivant la nature des surtensions, leur amplitudeet leur dure. Elles sont rsumes dans ce qui suit :- claquage du dilectrique isolant des quipements dans le cas o la surtension dpasse leurtenue spcifie- dgradation du matriel par vieillissement, caus par des surtensions non destructives maisrptes- perte de l'alimentation suite aux coupures longues causes par la destruction d'lments durseau396Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A- perturbationdescircuitsdecontrle-commandeetdecommunication courantsfaiblespar conduction ou rayonnement lectromagntique- contrainteslectrodynamiques(destructionoudformationdematriel)etthermiques(fusion d'lments, incendie, explosion) causes essentiellement par les chocs de foudre- dangerpourl'hommeetlesanimauxsuiteauxlvationsdepotentieletl'apparitiondestensions de pas et de toucher.5.1.2. Surtensions frquence industrielleLes surtensions frquence industrielle ont gnralement pour origine :- un dfaut la terre- une rsonance ou une ferro-rsonance- une rupture du conducteur neutre- undfautd'unrgulateurdetensiond'unalternateuroud'unrgleurenchargedetransformateur- une surcompensation de l'nergie ractive suite un dfaut d'un rgulateur varmtrique- un dlestage de charge, notamment lorsque la source d'alimentation est un alternateur.5.1.2.1. Surtension provoque par un dfaut la terreLes surtensions qui apparaissent lors d'un dfaut la terre dpendent fortement du rgime deneutre du rseau considr. neutre isol (MT ou BT) ou mis la terre par impdance (MT)La figure 5-1 montre que lors d'un dfaut la terre franc, la tension entre le point neutre et laterre devient gale la tension simple :V VNeutre nVn: tension simple nominalePour un dfaut sur la phase 1, V VNeutre 1 .La tension phase-terre des phases saines devient donc gale la tension compose :V V V V VT Neutre 2 2 2 1 + V V V V VT Neutre 3 3 3 1 + d'o V V VT T n 2 33 397Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A231V3V2V1ZNeutreVNeutredfaut la terre VT 1V T 2V T 3V2V3V1V T 2V T 3V T 10 NeutreV1,V2,V3: tensions phase-neutreVT 1,VT 2,VT 3: tensions phase-terreZNeutre: impdance de mise la terre ( ZNeutre pour un neutre isol)Figure 5-1 : surtension sur un rseau neutre isol ou mis la terre par impdancelors d'un dfaut monophas la terreNote 1 : pourunneutremis laterreparimpdance,lavaleurde ZNeutreesttrssuprieure lavaleurdesimpdancesdutransformateuretducbleetdelarsistancededfaut,c'estlaraison pour laquelle V VNeutre 1 .Note 2 : danslesrseauxdedistributionpubliqueariens,ilexistedesdfautstrsrsistants(plusieurs k),devaleurprocheousuprieurel'impdancedemiselaterre.Danscecas,un dfaut trs rsistant provoquera une surtension infrieure 3 Vn .398Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/A neutre mis directement la terre (HT ou MT)Lors d'un dfaut la terre d'une phase du rseau, il s'tablit un courant lev qui circule dansle circuit form par la phase en dfaut, la terre et la prise de terre du neutre (voir fig. 5-2).Au point de dfaut, le systme des tensions triphases est perturb. La tension de la phase endfautparrapport laterreestpresquenullesil'onngligelarsistancededfaut.Lestensionsdesdeuxautresphasesparrapport laterresontsuprieures latensionsimple,tout en restant infrieures la tension compose.V T 1V T 2V T 3V3ZTZTZTZCZCZCRpRfV2V1dfautV1,V2,V3: tensions simplesZT: impdance du transformateurZC: impdance du cbleRp: rsistance de la prise de terre du neutreRf: rsistance du dfautFigure 5-2 : schma quivalent d'un dfaut phase-terre lorsque le neutre est mis directement la terreAinsi,ondfinitunfacteurdedfaut laterre k caractrisantlasurtensionphase-terreapparaissant sur les phases saines :V V k VT T n 2 3 Vn: tension simple nominaleLescalculsparlamthodedescomposantessymtriques(voir 4.2.2.duGuidedesprotections)permettentdedterminerlavaleurde k enfonctiondesimpdancesdirectes,inverses et homopolaires :kZ a Z a ZZ Z Z Rd id i f + ++ + +13200399Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allowed without our written consent.Guide de conception des rseaux lectriques industriels T & D 6 883 427/ADanslaplupartdesrseaux,lesalternateurssontsuffisammentloignspourprendrel'approximation Z Zd i; on a alors :( )ka Z ZZ Z Rdd f ++ +12 300Desabaquespermettentdedterminerlefacteur k pourunersistancedudfautnulle( Rf 0 )enfonctiondesrapportsRXd0etXXd0pour Rd 0 et R Xd d 0 5 ,(voir fig. 5.3. et 5.4.).avec :Rd: rsistance directe vue du point de dfautXd: ractance directe vue du point de dfautR0: rsistance homopolaire vue du point de dfautX0: ractance homopolaire vue du point de dfautLorsque la rsistance du dfaut n'est pas nulle, on voit dans la formule exprimant k quelasurtensionestplusfaible.Lecalculdelasurtensionavecunersistancededfautnullefournit donc une valeur par excs.Enreprenantleschmadelafigure5-2,onpeutdterminercesimpdancespouruncaspratique :en posant :Z R j XZ R j XZ R j XZ R j XT T TC C CT T TC C C + +; + +;impdances directesimpdances homopolaires0 00 0400Publication, traduction et reproduction totales ou partielles de ce document sont rigoureusement interdites sauf autorisation crite de nos services.The publication, translation and reproduction, either wholly or partly, of this document are not allo

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