Determiner courant de court-circuit

[ALSABRICOL]

Hello,

Je dois déterminer le dimensionnement des disjoncteurs d'alternateur repère 16 et 26 sur le schéma ci-joint.
Pour cela on me demande de calculer le courant amené par les alternateurs G1 et G2 et le courant amené par le réseau. Avec ces 2 valeurs il me faut ensuite déterminer le courant de court circuit maximum vu par les disjoncteurs.

Ma question : es ce que le réseau est vraiment à prendre en compte pour le dimensionnement de ces disjoncteurs ?
Précision : dans l'énoncé on n'indique pas l'endroit du court circuit. Par contre on me donne les tensions de court circuit des transformateurs et les réactances des alternateurs.

 

[remi30132]

Inominal = 43 000 000 : 10 000= 4300A
ça donne déjà une première idée du calibre

si on considère Zfil = 0
Utransfo=Zgen * I
Utransfo_cc / Zgen_cc = Icc

ne pas oublier qu'il faut aussi choisir le calibre en fonction de la section des fils

 

[tooof]

Non, le réseau n'est pas à prendre en compte pour le calcul des ICC ! Imagines la taille des fils pour tenir 4.3 kA !

Cela concerne uniquement la sélection des dispositifs de coupure.

EDITION :

J'avais pas vu les puissances en jeu ! on rentre dans un domaine qui m'est inconnu, ne pas tenir compte de mes remarques probablement inadaptées

 

[Calamentran]

Bonjour

Je dois déterminer le dimensionnement des disjoncteurs d'alternateur repère 16 et 26 sur le schéma ci-joint.
Pour cela on me demande de calculer le courant amené par les alternateurs G1 et G2

Calculer les réglages avec un unifilaire comme celui-ci, il ne faut pas trop rigoler et préférer faire appel à des logiciels de calcul conformes à la CEI 60909 en connaissant les caractéristiques détaillées des alternateurs (statisme, réactances, etc.). Les protections d'alternateur, surtout de cette puissance, ne se résument pas à une simple protection ANSI 50-51 mais c'est un peu plus compliqué mais se serait s'éloigner de la question posée.

Pour une approche vite fait sur un coin de table, pour les disjoncteurs 16 et 26 tu peux partir sur un courant d'Icc max de 3 x In c'est à dire 3x43000/10x1,732 = 7440 A avec une tempo de l'ordre de 250 - 300 ms. Ci-après, un bout de graphe explicatif :

Si les 2 alternateurs en service, il suffirait de rajouter une protection directionnelle ANSI 67 sur chaque pour éviter que l'un débite sur l'autre en cas de CC.

et le courant amené par le réseau.

Sur ton unifilaire, je ne vois pas d'arrivée réseau. Merci de préciser et si c'est le cas, il faudra préciser si les alternateurs sont en simple normal / secours ou s'ils sont couplables au réseau.

Ma question : es ce que le réseau est vraiment à prendre en compte pour le dimensionnement de ces disjoncteurs ?

Ça dépendra - en partie - de la réponse au point ci-dessus tout en sachant qu'une protection se détermine toujours de l'amont (le générateur) vers l'aval (le tableau et ses départs) c'est à dire du bas vers le haut dans ton cas. Pour faire simple, on protège l'amont, pas l'aval.

Autre remarque : pour 43 MVA, j'imagine que se sont des turbo-alternateur (turbine à gaz ?). Dans ce cas, il faut faire très attention si tu ne veux pas que ta turbine se satellise en cas d'ouverture inopinée de 16 ou 26 ou d'une perte brusque de charge et à minima poser la question au constructeur sur ce qu'il a prévu dans ce cas. Mais ceci est une autre problématique.

Pour ton info, je te joint le cahier technique 158 de mon vieux camarade Benoit de METZ-NOBLAT avec qui j'ai pas mal bossé dans le temps.

A ta dispo si plus.

 

[Guy69]

Ben voilà, yaka demander!
Bravo messieurs, je suis impressioné par la somme des savoirs sur ce forum!

Bonne journée!

 

[metalux]

hello
par contre moi je suis très étonné que tu poses cette question sur le forum

vu le schéma ça concerne quand même du "lourd" et ça demande des compétences certaines!
tu n'as pas forcément ces compétences, ou limite.. alors pas de collègues ou bureau d’étude pour t’épauler??

Dans qu'elle branche travailles tu ?

 

[Guy69]

Alsabricol parle d'énoncé.
C'est probablement dans le cadre d'un cours/formation, pas d'une application en situation réelle.
Mais il va nous dire.
bonne journée
Guy

 

[FB29]

si tu ne veux pas que ta turbine se satellise

Hors sujet: dans mon jeune temps notre prof d'électrotech nous avait assuré que c'était arrivé à un alternateur en cours d'essais dans un centre EdF ... que la machine était passée en survitesse, que les barres du rotor de l'alternateur avait été expulsées des encoches, bloquant instantanément la machine, qui avait alors été arrachée de son socle et était passée à travers le toit pour retomber dans un champ de l'autre côté de la Seine . Donc peut-être suite à un perte de charge brutale ?

 

[Calamentran]

Re

Mais il va nous dire .... comme le dit Guy69
Ce poste, ne serait-t'il pas du coté de Mulhouse par hasard ?

 

[sergepol]

La même aventure est arrivé dans la salle de manip. des élèctros de mon lycée, a toute petite échelle, la machine a pris le chemin de la benne a déchets, ce qui a entrainé un échange de propos "virulants"
Salutations.

 

[Calamentran]

Re
Salut BF29 !

dans mon jeune temps notre prof d'électrotech nous avait assuré que c'était arrivé à un alternateur en cours d'essais dans un centre EdF ... que la machine était passée en survitesse, que les barres du rotor de l'alternateur avait été expulsées des encoches, bloquant instantanément la machine, qui avait alors été arrachée de son socle, et était passée à travers le toit pour retomber dans un champ de l'autre côté de le Seine . Donc peut-être suite à un perte de charge brutale ?

Je confirme ... la loi de la conservation de l'énergie. Le délestage rapide (load shedding en rosbif) des turbos a été une de mes petites spécialités dans le temps en plateforme off-shore ou dans le désert au Qatar.

 

[metalux]

ors sujet: dans mon jeune temps notre prof d'électrotech nous avait assuré que c'était arrivé à un alternateur en cours d'essais dans un centre EdF ... que la machine était passée en survitesse, que les barres du rotor de l'alternateur avait été expulsées des encoches, bloquant instantanément la machine, qui avait alors été arrachée de son socle, et était passée à travers le toit pour retomber dans un champ de l'autre côté de le Seine . Donc peut-être suite à un perte de charge brutale ?

ce n'est pas tout a fait ça
ce n'est pas un centre, mais la centrale de Porcheville en 1977
une très bonne vidéo de l'accident:

Je n'aurai pas voulu être là quand ça c'est mis a vibrer..

 

[ISL]

Spectaculaire , toute le groupe est détruit ; une bombe.

 

[FB29]

une très bonne vidéo

Très impressionnant ! Il y a des commentaires qui valent leur pesant de cacahouètes ... "le circuit magnétique a été fortement affecté" ... "l'ensemble est resté curieusement posé en travers entre les deux corps". Finalement on ne connaît pas les causes réelles de l'accident ?

la centrale de Porcheville en 1977

L'accident dont je parlais est antérieur à 1973 ... et avait dû se produire peut-être 5 ans avant ... autour des années 68 probablement ...

 

[ALSABRICOL]

Bonjour à tous,

Je ne pensais pas engager une telle discussion. Mais effectivement il y a sur ce forum des passionnés qui partagent volontiers leurs connaissances. Merci à tous.
Je vous dois donc plus d'explications.
Sachant que j'ai une lointaine formation d'électricien, un voisin m'a soumis ce petit problème.
C'est en quelque sorte un défi qu'il m'a lancé.

Calamentran tu as raison l'installation est bien du coté de Mulhouse dans une des centrales hydrauliques sur le Rhin. Elle est en fonction depuis quelques dizaines d'années.

Cet exercice, vous l'aurez compris, reste un cas d'école. Le choix d'un disjoncteur n'est pas à la porté d'un bricoleur comme moi.
J'ai comme l'impression que mon voisin veut me "piéger" et m'entrainer dans des calculs inutiles.

Alors j'ai quand même fait des recherches et calculé le courant de court circuit des alternateurs.
Je trouve un courant de court circuit permanent 2 480 A. En fait la valeur exacte n'a pas d'importance pour la suite de mon raisonnement.

Supposons qu'un court circuit se produise sur le réseau 63 kV. Les disjoncteurs 3910 et 3920 (et d'autres s'il y a d'autres alternateurs qui aliment le réseau 63 kV) devraient protéger les transformateurs TR1 et TR2.

Supposons qu'un court circuit se produise entre TR1 et le disjoncteur 3910. Le réseau et G2 débitent sur ce court circuit. Que va faire le disjoncteur 3910 ?

On peut déplacer le court circuit entre TR1 et le disjoncteur 16.

Pour moi, dans les 3 cas, le disjoncteur 16 ne sera traversé que par l'intensité de court circuit produit par G1.

Voila mon analyse d"électricien (domaine BT). Mon raisonnement est un peu simpliste d'où ma question de hier soir
"es ce que le réseau est vraiment à prendre en compte pour le dimensionnement de ces disjoncteurs"

Bonne après midi à tous

 

[MRG-NK]

Bonjour,
il vaut mieux que cela soit théorique : le 63 kV est relié au réseau, donc impédance 0, ou presque.
L'impédance du transfo 63/10 kV est faible.
39 MVA, 10 kV ça fait 3900 A nominal.... en réalité, on est sur du triphasé donc le 3,9 kA serait "global"

en essai de transfo en C.C. , on alimente avec une tension très basse le but est avoir le courant nominal au secondaire.
Le fil du transfo risquerait de fondre si on avait un C.C. sous tension nominale.
Si le C.C est au niveau du "16" ; il faut tenir compte de la longueur de la ligne : distance entre le transfo et le disjoncteur.... mais on restera dans des mesures démentes.

Si le système est aussi alimenté par le groupe 400 V ; il faut ajouter ce courant.... ca ne durera pas longtemps : sa protection sautera aussi
Il me serait difficile de calculer ce courant, sans donnée complémentaire

Enfin, comme dit, la turbine ne va pas aimer la rupture de charge et tournera comme une toupie devenue folle

Dans la pratique, on coupera à environ 3 fois le nominal, avec une tolérance sur la valeur du courant transitoire
Et on fera en sorte de couper la turbine le plus vite possible dès détection du défaut.
3 fois le nominal est probablement une réponse la mieux adaptée pour coupure sur un CC
Pour piloter un courant permanent, le seuil sera plus proche du courant nominal.
... la question est hors norme : de part les puissances en jeu, les tensions, les équipements annexes....
S'il s'agissait d'une étude pour une réalisation, je ne prendrai pas position.

 

[FB29]

Dans la pratique, on coupera à environ 3 fois le nominal, avec une tolérance sur la valeur du courant transitoire
Et on fera en sorte de couper la turbine le plus vite possible dès détection du défaut.

Tout cela est déjà très bien expliqué au #4 par @Calamentran ... c'est de la répétition et du verbiage inutile ! ...

 

[vikor]

bonsoir
pas de protection homopolaire exigée sur un tel réseau?
un Sepam pourrait faire pas mal de choses en protections

 

[Calamentran]

Bonjour les électros !

Alors j'ai quand même fait des recherches et calculé le courant de court circuit des alternateurs.Je trouve un courant de court circuit permanent 2 480 A. En fait la valeur exacte n'a pas d'importance pour la suite de mon raisonnement

Petite erreur : 2480 A est le courant nominal. Le courant approximatif d'Icc en régime permanent sera de 3 x 2480 =7 440 A

Supposons qu'un court circuit se produise entre TR1 et le disjoncteur 3910. Le réseau et G2 débitent sur ce court circuit. Que va faire le disjoncteur 3910 ?

Dans ce cas, l'alternateur étant couplé au réseau, l'impédance réseau + ligne se retrouve en série avec celle de l'alternateur et son transfo élévateur. Comme je l'ai dit plus haut, les déclencheurs se règlent toujours de l'amont vers l'aval. C'est le 16 qui doit déclencher en premier en prenant bien en compte l'Ucc du transfo élévateur dans les calculs.

Par sécurité, ceinture et bretelle, on peut prévoir deux choses : une liaison câblée d'asservissement entre le 3910 et le 16, si l'un déclenche, il fait immédiatement tomber l'autre (inter-déclenchement ou inter-tripping en rosbif) et inversement. Ou bien, comme dit plus haut, une protection ANSI 67 (maxi directionnelle courant phase) et/ou une ANSI 32P (retour de puissance active) ne seraient pas inutiles.
(les relais de protection électroniques actuels intègrent toutes ces protections pour le même prix).

Mon raisonnement est un peu simpliste d'où ma question de hier soir, est ce que le réseau est vraiment à prendre en compte pour le dimensionnement de ces disjoncteurs ?

Réponse Non. Néanmoins le 3910, par construction, doit avoir un I nominal de 400 A et la même tenue à l'Icc que le tableau auquel il appartient et ses réglages plus hauts que ceux du 16 pour que l'amont (16) déclenche avant l'aval (3910).

 

[Calamentran]

Re

Pas de protection homopolaire exigée sur un tel réseau?

Si tu lis bien le schéma, tu vois un tore (TCo) au point neutre du générateur. Une protection type ANSI 50x (Max terre et point neutre) fera l'affaire.

un Sepam pourrait faire pas mal de choses en protections

Exact, le Sepam 2000 G par exemple - voir doc jointe - que j'avais utilisé pour la refonte du poste 63 kV d'arrivée du CEA Cadarache (tableau HTA 20 kV / 31,5 kA d'Icc - double jeu de barres 2500 A en version débrochable ...) pour alimenter la boucle ITER.

 

[Calamentran]

Re
Je continue sur la lancée ... Pour le fun, vous voulez creuser plus loin dans la conception ?

J'ai parlé de l'analyse du risque du risque d'ouverture inopinée ou de délestage et éviter que le turbo-alternateur ne parte "en bombe" mais ce n'est pas tout.

1/ Imaginons le tableau 63 kV alimenté par le réseau RTE au travers de ses transfos 225 / 63 kV ou 400 / 63 kV mais sans les groupes :
Le calcul des protection des arrivées et départs 63 kV va donner des valeurs liées à l'Icc amont donc à l'Ucc des transfos d'arrivée ci-dessus.

2/ Maintenant, coupure générale, les deux groupes sont utilisés en secours.
Il faudra refaire tous les calculs des protections pour les départs 63 kV avec l'Icc des générateurs. Cet Icc sera évidemment bien plus faible que celui de l'Icc amont. Que se passera t-il si en cas de court jus sur un départ 63 kV ? Réponse rien, ce disjoncteur ne déclenchera pas ...

C'est la protection 16 et/ou 26 qui se tapera le boulot et fera donc déclencher l'ensemble du tableau, c'est à dire un gros "black".

Ce qui signifie que chaque relais de protection des départs 63 kV devra embarquer au moins deux jeux de réglage, l'un en cas de marche sur le réseau, l'autre en cas de marche sur groupe ... Ce que permettent bien évidemment les relais de protection électroniques.

Imaginez la même chose avec les anciens relais électromécaniques du type CCEE ... Des usines à gaz !

Dernier point : ces types de tableaux sont souvent équipés de 2 oscillo-perturbographes (1 par 1/2 jeux de barres) pour l'analyse post-mortem afin d'affiner les réglages pour un maximum de sélectivité.

Bref, c'est un métier ..

 

[MRG-NK]

Re
Je continue sur la lancée ... Pour le fun, vous voulez creuser plus loin dans la conception ?

Bonjour, si coupure du 63 kV, démarrage du Groupe... s'il est déjà couplé au réseau ok pas de Pb d'angle de phase.
Si non couplé, il faudra se caler pile sur 50Hz, et avec un écart de Phase mini entre Ph1 turbine et Ph1 alternateur.
En cas de court circuit sur 2 phases, le GE va baisser en vitesse : le moteur diesel perdant de la vitesse.
On passe à une fréquence plus basse ; et on se retrouve en court circuit, par inversion d'angle de phase sur la PH qui n'était pas impactée la le C.C. initial.
Certes, cet état ne se produira pas tout de suite ce "glissement" sera plus ou moins lent.
En plus, l'alternateur a une plus grande réactance qu'un transfo (certains alternateur en ont une très grosse)
La montée du courant CC sera à peu près exponentielle quand on se trouve sur un courant instantané qui est croissant.... voir circuit RL sur un créneau de tension.
Logiquement, le disjoncteur devrait sauter , protégeant le groupe 400V

A propos du Courant C.C. 3 nominal ;
je voulais dire : le disjoncteur devrait accepter un courant transitoire, puis un 3 nominal ; pendant une courte période ; puis sauter quand son nominal est dépassé, sur une période plus longue.
J'indiquais de double aspect, dont celui déjà mentionné.

Autre aspect : il n'y a que des ⌂ et Y ; cela suppose que les courant sont identiques en valeur et en cos PHI
Il n'y a pas de ZigZag pour rééquilibrer le circuit en cas de disymétrie

 

[FB29]

il faudra se caler pile sur 50Hz, et avec un écart de Phase mini entre Ph1 turbine et Ph1 alternateur

C'est le principe de couplage de tout alternateur.

En cas de court circuit sur 2 phases, le GE va baisser en vitesse : le moteur diesel perdant de la vitesse

Certainement pas ... une fois couplé le réseau est plus puissant que le groupe et l'alternateur va forcer le groupe à suivre, ce sera à marche ou crève, il n'y aura pas perte de synchronisme jusqu'au point de rupture avec décrochage brutal quand les paramètres seront hors course.

 

[MRG-NK]

Bonjour FB29 ; effectivement, l'alternateur étant couplé (il y a 50 ans, on faisait ca avec les lampes 24V sur chaque phase : si éteinte, on est bien en phase) .... le groupe va se caler, jusqu'à en crever.
Mais dans le cas évoqué : un court circuit, sur 2 Ph... pas possible de faire autrement, il n'y a pas de neutre sur le 10 kV ; ni le réseau RTE, ni la turbine ne peuvent plus imposer une marche forcée, le couplage des 3 phases ayant disparu.
Le GE étant, lui aussi soumis au C.Circuit, il va demander une énorme puissance sur 2 phases... ce qui fera baisser sa vitesse. Sur le schéma, il n'y a pas de puissance indiquée... probablement du MVA
Concrètement, il devrait de désolidariser...le diesel devrait caler.
S'il continue de fonctionner (cas pour le fun, comprendre non réalise) , sa vitesse va diminuer, sa fréquence aussi...
Ce sujet me parait plus théorique que pratique : qui aurait en envie de faire tomber une grosse barre de cuivre sur 3 barres sous 10 kV (non isolées, forcément)
En réalité, le groupe a probablement un fusible sur chaque phase, ce qui libère le GE du court-circuit....
Il va rester la phase intacte... si 1 seul fusible saute, on se retrouve avec le risque écart de phase.
Nota : est déjà arrivé un peintre qui pose son bidon sur des barres 48V.... quand un intervenant devait travailler sur des équipements sous tension non mortelle, il fallait signaler les risques.... échelle en alu, pulvérisation de liquides...

 

[metalux]

En réalité, le groupe a probablement un fusible sur chaque phase, ce qui libère le GE du court-circuit....
Il va rester la phase intacte... si 1 seul fusible saute, on se retrouve avec le risque écart de phase.

on est loin du stade des simples fusibles sur ce type de matos

 

[MRG-NK]

on est loin du stade des simples fusibles sur ce type de matos

Bonjour, oui, c'est vrai : dans des cabines MT 22 kV -380V (j ai bien mis 380, donc ancien) il y avait des fusibles sur le 22 kV longueur presque 1m. Le tout enfermé dans une cage griilagée. Chaque cage ne pouvant être déverrouillée dans un ordre précis, les cadenas à clé étant eux même mécaniquement verrouillés pour respecter l'ordre des opérations
Des disjoncteurs débrochables sur la BT. Un système à joues magnétiques : lors de la coupure du contact, l'arc électrique des dévié, allongé par le champ magnétique, limitant sa section, la chaleur localement produite

En cas de court-circuit soit sur 2 ou 3 phases, les choses se passeraient très rapidement, ca sauterait de partout. La turbine ne serait plus alimentée, aurait probablement un électro-frein pour éviter l'emballement
Le Greoupe 400V serait aussi arrêté

 

[Calamentran]

Bonjour

C'est quand même du "lourd". Il n'est pas question ici d'un "simple" normal / secours, on parle bien d'une centrale de production HTA 2 x 43 MVA (2 turbines à gaz probablement) qui injecte sur un réseau HTB 63 kV de RTE.

Sur l'unifilaire, il faudrait voir ce qu'il y a dedans les rectangles "400 V groupe" relié au 10 kV des turbos via TPG1/2 et MFTG1/2. Avec l'unifilaire du TGBT on comprendrait mieux.
Sans doute deux diesels d'alimentation du TGBT des équipements de démarrage, auxiliaires de couplage et sécurité des turbos.
Ce TGBT est généralement un vrai normal/ secours avec d'un coté une arrivée "Normale" BT via TPG1/2 et MFTG1/2 et une arrivée "Secours" via groupe GE diesel de quelque dizaine de kVA utilisable pour démarrer en mode îloté (il faut du jus pour la séquence de démarrage et de couplage des gros bouzins). Le retour GE diesel vers normal passant par une courte phase de couplage.

Pour les 2 transfos élévateurs 39 MVA, vous avez sans doute déjà remarqué qu'ils sont munis de "régleurs en charge" coté 63 kV pour s'adapter à la tension du réseau, et, avec neutre sorti pour une protection homopolaire "Un = 0"

Autre remarque :
Pour protéger un groupe GE diesel, le disjoncteur est hautement préférable au fusible. Le faible écart de l'ordre de 3 entre Icc et In font que le fusible se retrouve dans un état intermédiaire sans rupture franche et/ou rapide entre fusion et non-fusion
Si le fusible met 30 secondes pour fondre et de manière mollassonne ... C'est pas bien bon.

 

[MRG-NK]

Bonjour,
à droite du schéma, on voit un autre départ 63 kV : partie haute ; partie bas de page, le dispositif de contrôle de l'inducteur, et sa génératrice qui a elle même son régulateur.
Ce qui implique au moins 3 turbines 43 MVA probablement. ce qui fait du très gros.

 

[ALSABRICOL]

Bonsoir,

à droite du schéma, on voit un autre départ 63 kV

L'extrait de schéma vient d'une centrale (puissance 160 MW) sur le Rhin. En tout il y a 4 groupes turbines Kaplan. Elle est en service depuis 1952. Le schéma est daté de 1994. Ce ne sont donc certainement pas les équipements dernier cri qui sont en place.

Ottmarsheim : centrale hydroélectrique

Au fil du Rhin

www.aufildurhin.com

Bref, c'est un métier ..

Je retiens la conclusion de Calamentran mais je m'en doutais qu'un niveau Bac + 2 était insuffisant. Je pense qu'il y a des bureaux d'étude spécialisés pour déterminer les éléments de telles installations. J'ai cependant appris des choses avec vos discutions pertinentes et en fouillant un peu sur internet.
Merci à tous les contributeurs et particulièrement à Calamentran pour sont expertise.

 

[Calamentran]

Bonjour

Ce ne sont donc pas des groupes gaz... Merci pour les infos sur cette centrale Kaplan.
Pour l'électricien, vu de l'unifilaire, ça ne change pas grand chose si ce n'est que les protections électro-mécaniques contre l'emballement en cas de baisse de charge inopinée sont plus simples et parfaitement maîtrisées, le reste, le plan de protection en particulier, ne change pas.

Une petite digression pour revenir à l'usinage ....
Dans les années 80, fraîchement grenoblois, je passais souvent devant l'usine Neyrpic de Saint Martin d'Hères, avec, exposée devant l'usine, une belle turbine Pelton. J'ai eu l'occasion, et le bonheur, de visiter longuement cette usine avec ses énormes machines, tours verticaux, etc... et le souvenir de l'odeur si particulière des ateliers et du "copeau qui fume".

https://fr.wikipedia.org/wiki/Neyrpic

Malheureusement, la grande époque de la "houille blanche", c'est du passé. Maintenant on se dispute sur la transformation de ce site en centre commercial ... C'est sans doute inéluctable mais un peu désolant.