Coordination des protections entre transformateur et appareillage
Un ensemble de poste s'achète comme un seul contrat, mais il se protège comme deux systèmes. Le transformateur porte ses propres défenses de première ligne, et l'appareillage porte le disjoncteur qui doit éliminer un défaut lorsque ces défenses ne suffisent pas. Les deux ne fonctionnent que s'ils sont coordonnés : le transformateur doit pouvoir demander l'ouverture au disjoncteur, et le disjoncteur doit être dimensionné pour ouvrir sur le courant de défaut que le transformateur peut lui fournir.
Deux protections, un seul poste
La protection du transformateur réagit à des conditions internes à la cuve ou aux enroulements. Celle de l'appareillage réagit aux conditions du circuit. Elles ne sont pas interchangeables, et un ensemble qui les traite comme un seul chiffre est précisément celui qui échouera plus tard, au pire moment. Côté transformateur, XIAOPAI fabrique le transformateur immergé dans l'huile avec un jeu de protections intégrées qui se déclenchent avant qu'un défaut ne devienne un incendie. Côté appareillage, l'appareillage haute tension porte le disjoncteur dont le pouvoir de coupure est le chiffre qui doit correspondre au défaut. Lisez les deux comme une seule chaîne : la question de coordination devient simple — chaque défaut dispose-t-il d'un organe capable de le détecter, puis d'un organe capable de l'éliminer, dans cet ordre ?
Les défenses propres du transformateur
Le transformateur se protège de l'intérieur. Toute la gamme immergée hermétique embarque une soupape de surpression, de sorte qu'une montée brutale de pression interne s'évacue avant que la cuve ne cède. Un relais à gaz peut être spécifié avec contacts d'alarme et de déclenchement : l'étage d'alarme réagit à une accumulation lente de gaz issue d'un défaut en formation, l'étage de déclenchement réagit à l'onde de choc d'huile d'un défaut interne grave. Cette réponse à deux étages est tout l'intérêt du dispositif, et elle n'est utile que si la borne de déclenchement est câblée au disjoncteur. La température d'huile est mesurée par un puits de thermomètre à tige de verre dans la cuve, et la plage 1000–2000 kVA reçoit un thermomètre à signal extérieur. Côté sec, le transformateur sec à résine époxy SC(B)9 embarque un contrôleur de température intelligent avec alarme de défaut, alarme de surchauffe et étage de déclenchement pour surchauffe, plus une interface RS485 pour la surveillance centralisée. Les transformateurs secs de cette classe sont également assignés pour fonctionner longtemps à 140 % de la charge assignée en refroidissement à air : un chiffre à connaître avant de régler le déclenchement thermique trop près de cette valeur.
Le disjoncteur élimine le défaut
Les défenses du transformateur détectent et signalent. Le disjoncteur est l'organe qui coupe réellement. Un schéma de coordination échoue dans l'une de deux directions : soit le disjoncteur ouvre trop lentement et le transformateur subit un dommage qu'il n'aurait pas dû subir, soit le disjoncteur est sous-dimensionné et on lui demande de couper un courant qu'il ne peut pas éliminer. Le pouvoir de coupure est le chiffre qui doit couvrir le courant de court-circuit au point de raccordement. Sur la gamme de disjoncteurs à vide que fabrique XIAOPAI, les unités extérieures débrochables de type fixe VS1 et VBM7 sont publiées à 12 kV avec des pouvoirs de coupure de 20 kA, 25 kA et 31,5 kA, un courant assigné de 630 A à 1250 A, trois pôles, 50 Hz et une durée de vie mécanique de 10 000 manœuvres. La série de réenclencheurs ZW32 porte la même logique sur poteau : assignée 13,8 / 27 / 33 kV avec un pouvoir de coupure de 25 kA et une fonction de réenclenchement automatique pilotée par contrôleur.
Aligner le calibre du disjoncteur sur le défaut
Le calibre en kA du disjoncteur se compare au courant de défaut, et ce courant est déterminé par le transformateur qui alimente le jeu de barres. C'est l'étape que la plupart des devis d'ensemble omettent, parce qu'elle exige un chiffre que le fournisseur devrait calculer plutôt que supposer. Trois données déterminent le niveau de défaut : la puissance du transformateur, son impédance et la tension. La puissance et la tension figurent sur la plaque. L'impédance est celle qu'il faut demander par écrit, avec le couplage, car les deux modifient le courant de défaut que verra l'appareillage. Sans ces deux valeurs, le calibre en kA du disjoncteur n'est qu'une supposition. Une lecture prudente n'est pas un défaut ici : si le niveau de défaut calculé se situe entre deux calibres publiés, l'ensemble doit être spécifié au calibre supérieur, car un disjoncteur qui coupe 20 kA confortablement fait son travail, tandis qu'un disjoncteur à qui l'on demande 31,5 kA alors qu'il est construit pour 20 kA ne le fait pas. Les paliers de 20 / 25 / 31,5 kA de la gamme VS1/VBM7 existent précisément pour permettre de monter d'un cran sans changer tout l'appareillage.
La coordination est un exercice écrit
La coordination entre le transformateur et l'appareillage se décide sur le papier avant d'être jamais éprouvée sur le terrain. La borne de déclenchement du relais à gaz doit être câblée au circuit de déclenchement du disjoncteur. Les seuils de déclenchement thermique du contrôleur d'un appareil sec doivent se situer en dessous du point où le transformateur est réellement endommagé. Le pouvoir de coupure du disjoncteur doit se situer au-dessus du courant de défaut calculé, avec l'impédance et le couplage énoncés sur le devis. La profession traite cela comme une discipline, non comme une préférence. Une analyse de coordination des protections sur un cas moyenne tension réel montre bien où un chiffre de coordination manque dans un devis d'ensemble : les organes ne protègent que si leurs réglages sont écrits pour fonctionner ensemble.
Quoi demander avant de dessiner l'ensemble
Quatre questions déterminent si un ensemble transformateur + appareillage est coordonné ou simplement juxtaposé.
- Quelle est l'impédance du transformateur et son couplage, par écrit, car ils fixent le courant de défaut que l'appareillage doit couper. Si le fournisseur ne peut pas les énoncer, le calibre en kA n'a aucune base.
- Quel est le courant de court-circuit calculé au point de raccordement, et sous quel palier de pouvoir de coupure il se situe. La réponse doit nommer l'un des calibres publiés, pas une plage.
- Comment le déclenchement du relais à gaz est-il câblé au disjoncteur, et comment le déclenchement thermique est-il réglé par rapport à la puissance réelle du transformateur. Demandez le tableau des réglages, pas une promesse.
- Quel calibre de disjoncteur couvre le défaut avec marge, et l'appareillage permet-il de monter à ce calibre sans refonte complète.
Ce que fabrique XIAOPAI
XIAOPAI — Wenzhou Xiaopai Electric Power Technology — fabrique dans le Zhejiang, en Chine, les transformateurs, les disjoncteurs à vide et l'appareillage qui composent ces ensembles. Les transformateurs immergés portent la soupape de surpression, l'option relais à gaz et l'instrumentation de température décrite ci-dessus ; les transformateurs secs SC(B)9 portent le contrôleur de température intelligent ; et les disjoncteurs VS1, VBM7 et ZW32 portent les pouvoirs de coupure publiés sur lesquels la coordination est construite. Les chiffres cités ici proviennent de la documentation technique de ces produits. Un ensemble qui énonce son impédance, son niveau de défaut et ses réglages de coordination peut être comparé à un autre sur le chiffre qui compte le jour où un défaut survient réellement. C'est la comparaison qui vaut la peine avant de construire un poste.
