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| La
synchronisation des disjoncteurs |
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3.1
Définition
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La
synchronisation d'un disjoncteur est la mesure des
temps d'opération mécanique du disjoncteur,
dans le but de vérifier et valider son bon fonctionnement
mécanique.
On
entend par opération mécanique toute manœuvre
ou cycle de manœuvres que le disjoncteur est supposé
effectuer.
Cette
mesure doit être effectuée, le disjoncteur
non connecté au circuit haute tension.
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3.2
Importance
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La
vérification des temps d'opération
mécanique est une nécessité pour
chaque disjoncteur. Ça constitue, en quelque sorte,
sa signature de fonctionnement.
Un
fonctionnement non correct peut avoir une conséquence
grave sur l'équipement, allant jusqu'à
la destruction de l'appareil, et sur le personnel,
allant jusqu'au risque de blessure.
Sans
mentionner les pertes causées au réseau
électrique, la coupure d'électricité
pour les abonnés, les frais de réparation,
etc.
La
synchronisation est appliquée lors de l'essai
type en usine et répétée lors de
la première installation en chantier, et constituera
la référence pour les synchronisations subséquentes.
Les
synchronisations subséquentes seront nécessaires
à des intervalles déterminés pour
s'assurer du bon fonctionnement et de la fiabilité
de l'appareil.
La
synchronisation sera également extrêmement
utile comme outil de diagnostic lors de fonctionnement
anormal de l'appareil.
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3.3
Description
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Pour
mesurer les temps d'opération il faut un
mécanisme capable de détecter le changement
de l'état des différents contacts
principaux de même que l'instant du début
de l'ordre électrique.
Ce
mécanisme consiste à envoyer un signal électrique
contrôlé à travers des câbles
branchés à chaque contact, pour plusieurs
contacts en série un signal de source séparée
est allouée à chaque contact.
Le
signal a deux états possibles. Un état correspond
au contact Fermé, l'autre au contact Ouvert.
Le tout est enregistré pour consultation et analyse.
Des
appareils spéciaux, appelés appareils de
synchronisation, sont conçus pour générer
les signaux nécessaires et pour l'acquisition
des données.
Quatre
étapes principales constituent l'ensemble
des activités nécessaires pour une synchronisation
:
1. Installation et branchement
2. Acquisition des données
3. Interprétation des résultats
4. Analyse des données
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3.3.1
Installation et branchement
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Le
branchement, essentiellement entre l'appareil de
synchronisation d'un côté, les contacts
et les dispositifs de commande du disjoncteur de l'autre
côté, doit se faire correctement en prenant
en considération certains facteurs extérieurs
comme l'induction magnétique des lignes haute
tension situées à proximité.
Un
autre branchement aux bornes des bobines chargées
d'initier l'ordre d'opération est nécessaire
pour donner l'ordre et détecter le début
du temps de manœuvre.
D'autres
branchements peuvent être nécessaires comme
un capteur de déplacement, un capteur de pression,
contacts signaux, etc.
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| 3.3.1.1
Règles générales |
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Il n'y a pas des règles particulières
pour effectuer les branchements décrits précédemment,
tant que les informations recherchées sont obtenues.
Mais, pour éviter toutes mauvaises surprises, certains
branchements doivent observer des précautions particulières. |
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3.3.1.2Description
des branchements |
3.3.1.2.1 Branchement aux bornes des
contacts principaux
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Chaque contact du disjoncteur doit être vérifié
séparément. Pour une phase qui contient
plusieurs contacts connectés en série, chacun
des contacts doit avoir son propre circuit de vérification.
Un
circuit de vérification comporte une source de
tension qui injecte un courant dans le contact quand celui-ci
ferme. Un circuit de surveillance détecte ce courant
et envoie un signal au circuit d'acquisition des
données.
Le
circuit de vérification est fourni par l'appareil
de synchronisation. Chaque circuit est appelé canal.
La connexion du contact au canal qui lui est attribué
se fait par deux fils électriques blindés
contre l'induction électromagnétique.
La
figure suivante montre un exemple de connexion des contacts
principaux aux canaux.
Dans
le cas de plusieurs contacts en série par phase,
il faut revoir la configuration des câbles de mise
à la terre. Des données de contacts peuvent
être alors masquées par les données
d'autres contacts ce qui peut conduire à
des mauvaises interprétations (effet miroir).
Les
câbles de mise à la terre sont des câbles
supplémentaires installés de part et d'autre
de la phase à tester, pour protéger le personnel
intervenant dans le cas de mise sous tension accidentelle
de la ligne.
Un
exemple de l'effet miroir est décrit dans
la figure 3.3.13.
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3.3.1.2.2
Branchement aux bornes des bobines
de commande
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Les circuits de commande possèdent des protections
diverses contre les différentes possibilités
de malfonctionnement, comme, par exemple, la protection
contre la discordance des phases ou contre le pompage.
Dans
la figure suivante un exemple de circuit de commande d'un
disjoncteur est montré avec certains circuits de
protection. Il ne faut en aucun cas contourner ces protections.
Un
branchement qui contourne les contacts signaux court le
risque de brûler les bobines d'enclenchement
ou de déclenchement.
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3.3.1.3
L'effet miroir
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Lors de l‘intervention sur de l'appareillage
haute tension, des câbles de mise à la terre
(MALT) sont installés de part et d'autre
pour protéger le personnel intervenant au cas de
mise sous tension accidentelle de la ligne.
La
présence de ces câbles peut causer le masquage
de cetaines données et conduire à des mauvaises
interprétations.
La
figure ci-dessous illustre ce phénomène:
Si
le contact 2 reste ouvert tandis que le contact 1 ferme,
le circuit du canal 2 detectera le courant passant par
les câbles de mise à la terre et montrera
le contact 2 comme étant fermé.
Comme
solution à ce problème, il suffit de briser
le circuit constitué par les deux MALT, comme enlever
les cavaliers qui connecte le disjoncteur à la
ligne par exemple, sans pour autant éliminer ces
câbles de MALT, car ceci pourra affecter la sécurité.
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3.3.2
Acquisition des données
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Les
appareils de synchronisation sont chargés, en plus
de la génération des signaux, de les détecter
et d'enregistrer la transition des contacts.
Autrefois,
ces appareils utilisaient la déviation de la lumière
sur des miroirs commandées par des galvos, à
leur tour, contrôlés par le courant injecté
dans le contact lors de sont changement d'état.
Cette
lumière vient se projeter sur du papier film en
mouvement produisant ainsi une trace visible.
Actuellement,
suite à l'avancée technologique, il
existe des appareils de synchronisation beaucoup plus
sophistiqués commandés par ordinateur permettant
l'utilisation de nombreux logiciels puissants d'analyse
et de traitement de données rendant plus efficace
et plus précis les décisions à prendre.
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3.3.3
Interprétation des résultats
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L'interprétation
des résultats obtenus est très important
lors de la synchronisation, car elle permet d'éliminer
les mauvais. L'acquisition correcte des données
est la porte d'entrée à une analyse
saine et précise.
La
bonne interprétation se base sur trois principes
fondamentaux:
1. Connaître son disjoncteur et le milieu environnant
:
Un
mauvais signal peut être causé par un branchement
incorrect ou la présence de l'induction magnétique
des lignes électriques haute tension avoisinantes.
2. Connaître son appareil de synchronisation :
Une
programmation incorrecte ou une panne partielle de l'appareil
de synchronisation peut fausser les résultats sans
s'en apercevoir.
3. Connaître la signification et l'importance
des temps recherchés :
La
signification des temps recherchés permet d'identifier
rapidement une anomalie et permet d'effectuer d'autres
mesures et essais sur place, avant de serrer l'équipement,
pour que les résultats soient concluants.
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3.4
Les temps d'opération mécanique
du disjoncteur
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On
a dit que le disjoncteur est un appareil mécanique
qui établit ou interrompt le courant électrique
d'un circuit en mettant en contact ou séparant
deux points de ce circuit. Ces opérations sont
appelées respectivement « Fermeture simple
» et « Ouverture simple ».
En
plus de ces opérations, il peut être appelé
à exécuter certains cycles de manœuvres
selon les besoins du réseau. les principaux cycles
sont les suivants :
1. Fermeture-ouverture, F-O : simulant une fermeture sur
un court-circuit; le disjoncteur doit ouvrir instantanément.
2. Ouverture-fermeture, O-F : simulant un réenclenchement
automatique réussi suite à un déclenchement
sur un court-circuit.
3. O-0.3s-F-O : : simulant un réenclenchement automatique
suite à un déclenchement sur un court-circuit,
et que le court-circuit persiste.
4. F-O-15 sec-F-O-15-sec-F-O : simulant un réenclenchement
à plusieurs reprises, ce qui donne plus de chance
de réussir et de rétablir le courant coupé.
Ce genre de manœuvres est appliqué surtout
en moyenne tension.
Les
temps mesurés à partir de l'initiation
de l'ordre jusqu'au basculement des contacts
principaux constituent les temps mécaniques de
fonctionnement du disjoncteur.
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3.5
Définitions diverses
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Avant
de définir la notion des temps d'opération,
il faut définir certains termes-clés. |
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3.5.1
Élément de coupure
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Aussi
appelé chambre de coupure, il est formé
d'un volume clos qui contient les points et le milieu
de coupure, et dans lequel se produit la coupure du courant. |
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3.5.2
Pôle
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On
désigne par pôle la partie du disjoncteur
qui est installée sur une phase. Un disjoncteur
installé sur un réseau triphasé est
composé nécessairement de trois pôles.
Un pôle possède nécessairement un
élément de coupure et parfois, dépendant
du niveau de tension, plusieurs éléments
de coupure, sur certains types de disjoncteurs on peut
trouver jusqu'à dix éléments
de coupure en série. |
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3.5.3
Contacts principaux
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On
désigne par contacts principaux les points de coupure
du courant dans l'élément de coupure.
Ils sont constitués d'un ensemble de contacts
fixe et un autre mobile.
Le
matériel utilisé pour les contacts doit
être de très haute conductivité, pour
minimiser les pertes par effet joule et éviter
un échauffement excessif lors de passage du courant
permanent.
En
général c'est le cuivre argenté
qui est le matériel de choix pour ce genre de contacts.
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3.5.4
Contacts auxiliaires
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Pour
certains disjoncteurs, l'utilisation des résistances
d'insertion à la fermeture, à l'ouverture,
ou aux deux, est nécessaire pour enclencher ou
déclencher en deux ou trois étapes dans
le but de limiter les surtensions de manœuvres.
Ceci
est rendu possible en incorporant au disjoncteur un contact
auxiliaire qui opère quelque temps avant ou après
les contacts principaux.
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3.5.5
Contacts d'arc
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Pour
les disjoncteurs, l'arc à l'ouverture
du circuit peut être intense et extrêmement
dommageable aux contacts principaux résultant en
une dégradation rapide de ces contacts. Comme protection,
on a tendance à séparer les contacts principaux
qui supportent le courant en permanence de ceux qui subissent
l'effet de l'arc. Ces derniers, appelées
contacts d'arc peuvent être constitués
de matière réfractaire, moins conductrice
que le cuivre argenté mais plus résistante
à l'arc. En général, ce sont
des alliage à base de Tungstène qui sont
utilisés.
Les
contacts d'arc sont les derniers à se séparer
lors d'une ouverture et les premiers à faire
contact lors de la fermeture.
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3.5.6
Contacts Signaux
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Des
contacts dits contacts signaux, côté basse
tension de contrôle, sont nécessaires pour
commander ou interverrouiller les opérations. Ils
sont utilisés aussi pour signaler l'état
du disjoncteur.
Plusieurs
contacts sont nécessaires pour ces missions. Ils
font partie des blocs de contacts signaux qui sont liés
au mécanisme de commande du disjoncteur et actionnés
automatiquement en même temps que le disjoncteur.
Il
existe deux types de contacts signaux :
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| 3.5.6.1
Type a |
| L'état
de ce type de contacts suit l'état des contacts
principaux. Ils ferment quand le disjoncteur ferme et s'ouvrent
quand le disjoncteur ouvre. |
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| 3.5.6.2
Type b |
| Ce
type de contacts prend l'état opposé
à celui du disjoncteur. Ils ferment quand le disjoncteur
ouvre et s'ouvrent quand le disjoncteur ferme. |
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3.6
La référence des temps
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Il
reste, pour accomplir une bonne lecture des résultats
lors d'une synchronisation, à déterminer
des points de référence. La lecture sera
alors fondée et indépendante des interprétations
individuelles.
Ces
points de référence consistent à
définir la signification des temps d'opérations.
Les définitions peuvent être déterminées
par les fabricants de disjoncteurs, par exemple, mais
ceci peut conduire à plusieurs définitions
et peut résulter d'interprétations
erronées si l'interprète manque de
vérifier ces définitions.
Pour
pallier ce problème, on tend à adopter les
définitions normalisées. Les plus courantes
de ces définitions sont celles de la norme internationale
CEI 56.
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3.7
La définition des temps selon
la norme internationale CEI 56
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La
norme internationale CEI 56 définit ces temps de
la façon suivante : |
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3.7.1
Durée d'ouverture (CEI 56 3.105.32)
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Pour
un disjoncteur déclenché par une source
quelconque d'énergie auxiliaire, la durée
d'ouverture est l'intervalle de temps entre
l'instant de mise sous tension du déclencheur,
le disjoncteur étant en position de fermeture,
et l'instant de séparation des contacts
d'arc sur tous les pôles.
Notes
:
1. La durée d'ouverture peut varier notablement
avec le courant coupé.
2. Pour les disjoncteurs à plusieurs éléments
de coupure par pôle, l'instant de la séparation
des contacts d'arcs sur tous les pôles est
pris à l'instant de la séparation
des contacts du premier élément du dernier
pôle.
3. La durée d'ouverture comprend la durée
de fonctionnement de tout équipement auxiliaire
nécessaire au fonctionnement du disjoncteur et
qui fait partie intégrante de ce dernier.
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3.7.2
Durée de fermeture (CEI 56 3.105.35)
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Intervalle
de temps entre la mise sous tension du circuit de fermeture,
le disjoncteur étant en position d'ouverture,
et l'instant où les contacts se touchent
dans tous les pôles.
Note
: La durée de fermeture comprend la durée
de fonctionnement de tout équipement auxiliaire
au fonctionnement du disjoncteur et qui fait partie intégrante
de ce dernier.
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3.7.3
Durée d'ouverture-fermeture,
O-F ou temps d'isolement (IEC 56 3.105.38)
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Intervalle
de temps entre l'instant de séparation des
contacts d'arc dans tous les pôles et l'instant
où les contacts se touchent dans le premier pôle
pendant une manœuvre de refermeture. |
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3.7.4
Durée de fermeture-ouverture,
F-O ou temps de court-circuit (CEI 56 3.105.42)
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Intervalle
de temps entre l'instant où les contacts
se touchent dans le premier pôle pendant une manœuvre
de fermeture, et l'instant où les contacts
d'arc se sont séparés dans tous les
pôles pendant la manœuvre d'ouverture
qui lui fait suite.
Note
: Sauf indication contraire, on suppose que le déclencheur
d'ouverture incorporé dans le disjoncteur
est mis sous tension au moment où les contacts
se touchent dans le premier pôle pendant la fermeture.
Cela représente la durée de fermeture-ouverture
minimale.
Par
ailleurs, et pour des raisons dépendant des caractéristiques
du circuit, la transition ne doit pas être trop
rapide.
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3.7.5
Durée minimale de l'ordre d'ouverture
(CEI 56 3.105.44)
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Durée
minimale pendant laquelle la tension d'alimentation
auxiliaire doit être appliquée au relais
d'ouverture pour assurer l'ouverture complète
du disjoncteur. |
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3.7.6
Durée minimale de l'ordre
de fermeture (CEI 56 3.105.45)
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Retour
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Durée
minimale pendant laquelle la tension d'alimentation
auxiliaire doit être appliquée au dispositif
de fermeture pour assurer la fermeture complète
du disjoncteur.
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| Conclusion |
Une analyse correcte permet d'obtenir les meilleures
décisions pour le disjoncteur, le réseau
et le personnel d'entretien. Pour cela, la connaissance
de l'appareil de synchronisation et de la signification
des temps d'opération est primordial mais
non suffisant.
La
connaissance de son disjoncteur, les valeurs de référence
(Charte de synchronisation) et les caractéristiques
du réseau électrique sont nécessaires.
Tout
ceci supporté par une bonne expérience et
un bon sens de jugement de la personne effectuant les
essais. |
