Pourquoi la capacité du disjoncteur était-elle évaluée en MVA et maintenant en kA et kV ?

Classement du disjoncteur :capacité de coupure, capacité de fermeture, tension et courant nominal, cycle de service et fonctionnement de courte durée du disjoncteur

S'il vous plaît, ne me tuez pas pour mentionner la puissance nominale surprise d'un disjoncteur, car nous avons tous entendu parler des disjoncteurs de 500 ou 1 000 MVA. Ces cotes n'apparaîtront pas sur les modèles récents car c'était l'ancienne logique et les choses ont changé maintenant. Pour clarifier le concept de base et savoir exactement ce qui est arrivé aux règles, voyons l'explication suivante. C'est en fait le pouvoir de coupure (et non le courant de coupure) du disjoncteur qui est maintenant exprimé en kA au lieu de MVA (comme c'était le cas auparavant).

Avant d'entrer dans les détails, sachons ce que fait exactement un disjoncteur et quels sont les différents types de calibre des disjoncteurs.

Un disjoncteur est un dispositif de commande et de protection utilisé pour le mécanisme de commutation et la protection du système qui :

• Établir et couper le circuit manuellement ou automatiquement dans des conditions normales et de défaut.
• Coupez le circuit automatiquement et fermez le chemin vers le court-circuit et les surintensités pour le traverser.
• Transporter le courant de défaut pendant une très courte période pendant que d'autres disjoncteurs connectés en série éliminent le défaut qui se produit sur le circuit connecté.

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Sur la base des trois fonctions d'un disjoncteur mentionnées ci-dessus, il existe six caractéristiques d'un disjoncteur comme suit :

• Capacité de rupture
• Capacité de fabrication
• Cycle de service du disjoncteur (séquence de fonctionnement nominale)
• Tension nominale
• Capacité d'exploitation à court terme
• Courant nominal normal

Capacité de rupture (ancien MVA, maintenant kA)

Le pouvoir de coupure est le courant de défaut ou de court-circuit maximal (RMS) qu'un disjoncteur peut supporter ou interrompre en ouvrant ses contacts fermés à la tension de rétablissement nominale sans endommager le disjoncteur et appareils connectés.

Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur est exprimé en valeur efficace en raison de facteurs symétriques et asymétriques dus à la présence d'ondulations et de composantes continues pendant le défaut pendant un temps très court.

Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur était auparavant évalué en MVA en tenant compte du courant de coupure nominal et de la tension de fonctionnement nominale d'un disjoncteur. Il peut être calculé comme suit :

Capacité de coupure =√3 x V x I x 10 ^-6 … MVA

ou

Capacité d'interruption ou de coupure = √3 x Tension de ligne nominale x Courant de ligne nominal x 10 ^-6 … MVA

Exemple :

Quel est le courant d'interruption ou de coupure d'un disjoncteur ayant une capacité de coupure de 100 MVA et une tension de service nominale de 11 kV.

Solution :

Courant de rupture =100 x 10 ^-6 / ( √3 x 11kV) =52,48 kA

Pourquoi le Pouvoir de Coupure est Exprimé en kW au lieu de MVA ?

Il est clairement illogique d'exprimer le calibre d'un disjoncteur en MVA car il y a une tension très basse et un courant le plus élevé pendant les défauts de court-circuit. Lorsque le disjoncteur ouvre les contacts pour éliminer les courants de défaut, la tension nominale apparaît sur les contacts du disjoncteur. En résumé, les mêmes grandeurs nominales n'apparaissent pas en permanence pendant les courants de défaut. C'est pourquoi le pouvoir de coupure nominal d'un disjoncteur ne peut pas être exprimé en MVA.

Pour ces raisons, les fabricants suivent les normes internationales récentes et révisées pour exprimer le pouvoir nominal de coupure du disjoncteur en courant symétrique de coupure en kA à la tension nominale au lieu de MVA. Le pouvoir de coupure nominal du disjoncteur en ampères ou kA sont suivis du courant de coupure et de la tension de rétablissement transitoire (TRV) car il peut être à la fois symétrique et asymétrique pendant les défauts de court-circuit.

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Capacité de fabrication

Le pouvoir de fermeture d'un disjoncteur est la valeur de crête du courant, y compris les facteurs d'ondulation à court terme et les composantes CC pendant le premier cycle d'onde de courant de défaut après la fermeture des contacts du disjoncteur.

Gardez à l'esprit que le pouvoir de fermeture du disjoncteur est exprimé en kA exprimé en valeur de crête au lieu de la valeur efficace (le pouvoir de coupure est évalué en valeur efficace). En effet, les possibilités d'établir avec succès les contacts du disjoncteur pendant les courants de défaut tout en gérant les forces électromagnétiques et en créant et en éteignant l'arc sans endommager le disjoncteur et le circuit.

Ces forces néfastes sont directement proportionnelles au carré de la valeur instantanée max du courant à la fermeture. C'est pourquoi le pouvoir de fermeture est exprimé en valeur Peak par rapport au pouvoir de coupure qui est exprimé en valeur RMS.

La valeur des courants de court-circuit est maximale à la première phase ou ondes en cas d'asymétrie maximale dans une phase connectée au disjoncteur. En termes simples, le courant d'établissement est égal à la valeur maximale du courant asymétrique, c'est-à-dire que la capacité d'établissement du disjoncteur est toujours supérieure à la capacité de coupure du disjoncteur .

Le courant de fermeture de court-circuit nominal est considéré comme 2,5 x la valeur efficace des composants CA du courant de coupure nominal, car théoriquement, le courant de défaut peut atteindre le double de son niveau de défaut symétrique à la phase initiale.

La capacité de fabrication du disjoncteur peut être calculée comme suit.

Pour convertir le courant de coupure symétrique de RMS en valeur de crête :

Capacité de fermeture du disjoncteur =Courant de coupure symétrique x √2

Multipliez l'expression ci-dessus par 1,8 pour inclure l'effet de doublement de l'asymétrie maximale. c'est-à-dire l'effet du courant de court-circuit en tenant compte d'une légère baisse de courant pendant le premier quart de cycle.

Capacité de fermeture du disjoncteur =√2 x 1,8 x courant de coupure symétrique =2,55 x courant de coupure symétrique

Capacité de fermeture du disjoncteur =2,55 x courant de coupure symétrique

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Cycle de service du disjoncteur ou séquence de fonctionnement nominale

Il montre les exigences de service mécanique du mécanisme de commutation du disjoncteur.

Le cycle de service ou la séquence de fonctionnement nominale d'un disjoncteur peut être exprimé comme suit :

O – t – CO – t’ – CO

Où :

• O =Manœuvre d'ouverture du disjoncteur
• t =0,3 s pour le premier service de fermeture automatique si non spécifié
• t’ =Temps entre deux manœuvres (rétablir l'état initial et éviter un échauffement intempestif des contacts disjoncteur
• CO =Opération de fermeture immédiatement après l'opération d'ouverture sans temporisation

Tension nominale

La valeur de la limite de tension maximale de sécurité à laquelle le disjoncteur peut fonctionner sans aucun dommage est connue sous le nom de tension nominale du disjoncteur.

La valeur de la tension nominale du disjoncteur dépend de l'épaisseur de l'isolant et du matériau isolant utilisé dans la construction d'un disjoncteur. La tension nominale du disjoncteur liée à la tension du système la plus élevée en raison de l'augmentation de la tension due à l'absence de charge ou à un changement soudain de charge vers la valeur inférieure. De cette façon, il peut gérer l'augmentation de la tension du système jusqu'à la capacité nominale la plus élevée. Par exemple, le disjoncteur doit résister à 10 % de la tension nominale du système dans le cas d'un système de 40 kV où la limite est de 5 % au-dessus de la tension du système de 400 kV. Par ici. un disjoncteur à utiliser sur une ligne de 6,6 kV doit être évalué à environ 7,2 kV et ainsi de suite en raison de la tension de système la plus élevée correspondante

D'un autre côté, un disjoncteur de tension nominale de 400 V CA ne doit pas être utilisé à une tension supérieure, c'est-à-dire 1 000 V ou plus, alors qu'un disjoncteur de tension nominale de 1 000 V CA peut être utilisé sur 400 V de tensions du système. Si nous utilisons le disjoncteur au niveau de tension nominal, il sera capable d'éteindre l'arc produit dans les contacts du disjoncteur. Si nous utilisons le disjoncteur sur des niveaux de tension plus élevés au lieu de la tension nominale, la tension de rétablissement transitoire (TVR) par rapport à la rigidité diélectrique du milieu d'extinction d'arc. Dans ce cas, l'arc peut toujours exister car le milieu d'extinction d'arc est incapable de le distinguer avec succès, ce qui entraîne des dommages au disjoncteur ou à l'isolation du disjoncteur.

Généralement, la tension nominale du disjoncteur est supérieure au bus et à la charge nominale du système d'alimentation. En règle générale, il existe deux types de disjoncteurs liés aux niveaux de tension, à savoir les disjoncteurs basse tension et les disjoncteurs haute tension ayant les caractéristiques suivantes.

• Les disjoncteurs basse tension peuvent être utilisés pour 1 kV CA et 1,2 kV CC tandis que le niveau de haute tension est supérieur à celui des disjoncteurs basse tension.
• Les disjoncteurs haute tension sont utilisés dans les commandes intérieures et extérieures dans les systèmes haute tension, tandis que les disjoncteurs basse tension sont utilisés dans les applications intérieures.
• Les disjoncteurs basse tension sont plus complexes et fonctionnent fréquemment que les disjoncteurs haute tension en raison de moins de dégagements entre phases et entre phases et au sol. Les méthodes de test sont différentes pour les deux types de disjoncteurs de niveaux de tension.

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En attente de la tension nominale ci-dessus, deux tensions nominales supplémentaires peuvent être prises en compte tout en tenant compte du niveau de tension des disjoncteurs pour un fonctionnement différent.

1. Tension d'impulsion nominale
2. Tension nominale de tenue à la fréquence de puissance

Tension d'impulsion nominale d'un disjoncteur montre la capacité à gérer l'impulsion transitoire par des impulsions de foudre ou de commutation. La durée de la tension nominale d'impulsion ou transitoire d'un disjoncteur est en microsecondes. Pour cette raison, ses contacts par rapport à l'isolation sont conçus pour résister à la tension de crête transitoire pendant un temps ou une période très courte.

Tension de tenue à fréquence industrielle Calibre d'un disjoncteur montre la capacité à gérer l'augmentation brutale de la tension qui est très élevée par rapport à la tension supérieure du système. Cela est dû à des changements soudains de la charge ou à la déconnexion d'une grande partie de la charge à la fois.

Cette tension due à la fréquence d'alimentation est de très courte durée généralement de 60 secondes mais le disjoncteur doit être capable de gérer la surtension à fréquence d'alimentation.

Le tableau suivant montre les différentes valeurs nominales des niveaux de tension du disjoncteur, c'est-à-dire la tension nominale du système, la tension la plus élevée du système, la tension de tenue à la fréquence de puissance et les niveaux de tension d'impulsion.

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Capacité d'opération à court terme

La capacité de courte durée d'un disjoncteur est la courte période spécifiée pendant laquelle le disjoncteur transporte le courant de défaut tout en restant fermé.

Pour réduire le fonctionnement indésirable d'un disjoncteur comme le courant de défaut pendant une très courte période ou un changement soudain ou une réduction des charges, le disjoncteur ne doit pas se déclencher et déconnecter le circuit si le défaut disparaît automatiquement et gère la force électromagnétique et l'élévation de température. S'il dépasse le temps spécifié en secondes ou en millisecondes, le disjoncteur ouvrira alors les contacts pour assurer la protection maximale possible à la partie connectée des charges et de l'équipement.

Il existe différentes classes comme B, C, D et la classe 1, la classe 2 et la classe 3 avec des courbes associées sont utilisées. La classe 3 est la meilleure, ce qui permet un maximum de 1,5 L joule/seconde testé selon la norme IS 60898. Par exemple, le disjoncteur d'huile a une capacité de temps de 3 secondes et il ne doit pas dépasser les 3 s exactes tout en transportant le courant court. La capacité de courant de courte durée nominale doit être égale au pouvoir de coupure nominal du disjoncteur . Par conséquent, des précautions doivent être prises pour les appareils sensibles tout en tenant compte de la capacité temporelle des disjoncteurs.

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Courant nominal normal

Le courant nominal normal d'un disjoncteur est la valeur efficace du courant qu'il est capable de transporter en continu à sa tension et à sa fréquence nominales sans changement de fonctionnement dû à l'augmentation de la température pendant le fonctionnement normal.

Le courant normal doit être de 125 % du courant nominal du circuit. Par exemple, si le courant de charge est de 24 A, la valeur nominale du disjoncteur doit être la suivante.

=24A x 125%

=24A x 1,25

Taille actuelle du disjoncteur =30 A

D'une autre manière, la taille du courant du disjoncteur peut être augmentée de 0,8 pour trouver le courant de charge. c'est-à-dire qu'un disjoncteur de 25 A peut être utilisé pour une charge d'éclairage de 20 A, etc.

Courant de charge =Courant nominal du disjoncteur x 0,8

Courant de charge =25A x 0,8 =20A.