Table T able des matières matières
Conception et dimensionnement dimensionnement des jeux j eux de barres THT et HT .............................2 .............................2 I.
Jeux des barre barres.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............. .............. ............... ............... ......... 2 1. Introduc Introduction tion :....... :........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ............ ............... .............. ............... ........... ...2 2 2.
Dimensionnement Dimensionnement des Jeux de barres......... barres................... ..................... ...................... ..................... ..................2 ........2 2.1. 2.1.1. 2.1.1.
Contrain Contraintes tes Electrique Electriques s dans les jeux barres:... barres:....... ........ ........ ........ ........ ........ ............ ..............2 ......2 ection ection des barres barres.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ............ ...............2 .......2
2.2.
E!et t"ermi t"ermique que sur le jeu de barres... barres....... ........ ........ ........ ........ ........ ............ ............... .............. .............# ......#
2.$.
%a tenue tenue &lectro &lectrod'na d'namique mique.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........... .............. .............( ......(
2.#.
Calcul Calcul des contr contrainte aintes s dans les conduc conducteur teurs s ri)ides.... ri)ides........... ............... ............... ...........* ....*
2.#.1. 2.#.1.
Calcul Calcul de de la contraint contrainte e admiss admissible ible dans un conduc conducteur.... teur......................* ..................*
2.#.2. 2.#.2.
Calcul Calcul des +orc +orces es sur les les supports supports des conduct conducteurs eurs ri)ides. ri)ides..... ........ ........... ........, .,
2.#.$. 2.#.$.
%a +r&quenc +r&quence e propre propre appropri&e. appropri&e..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ............ .............. ............... ............-
$. Dimensio Dimensionnem nnement ent des Connexi Connexions ons secondair secondaires... es....... ........ ........ ........ ........ ........... ............... ..................$.1.
Dimension Dimensions s et paramètr paramètres es caract&r caract&ristiqu istiques.. es...... ........ .......... ............. ............... ............... ..........1 ...1
$.2.
/orce /orce exerc exerc&e &e sur les isolateurs isolateurs supports.. supports...... ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............. .............11 ......11
$.2. $.2.1. 1.
/orce de tens tensio ion n Ft ..................... ............................... ..................... ..................... ..................... .................... ......... 11
$.2. $.2.2. 2.
/orce de tens tensio ion n Ff .......................................................................11
Conception et dimensionnement des jeux de barres THT et HT I.
Jeux des barres
1. Introduction : On détermine les dimensions du jeu de barres en tenant compte des conditions normales d’exploitation. •
La tension (kV) à laquelle est portée l’installation fixe la distance entre phases et entre
•
phasesmasse et détermine la hauteur et la forme des supports. L’intensité assi!née du courant tra"ersant le jeu de barres nous sert à déterminer la section et la nature des conducteurs.
On s’assure ensuite que les supports (isolateurs) résistent aux effets mécaniques et que les barres résistent aux effets mécaniques et thermiques dus aux courants de courtcircuit. #l faut aussi "érifier que la période de "ibration propre des barres n’entre pas en résonance a"ec la période du courant. $ormes utilisé % la norme #&' *+,- la norme #&' - la norme ' /
Figure (2.1) : Exemple des jeux de barre 225 kV
2.
Dimensionnement des Jeux de barres
2.1. Contraintes Electriques dans les jeux barres: 2.1.1. ection des barres Section 1 :
Le courant nominal transitant dans les jeux de barres est le double de celui pro"enant d’une seule arri"ée- si on suppose que les deux arri"ées débitent simultanément dans le m0me jeu de barres- on trou"e % I JDB (THT )= 2∗ I r=2∗2000 A = 4000 A I JDB ( HT ) = 2∗ I r =2∗1250 A = 2500 A
1 partir du tableau sui"ant on détermine la section du jeu de barres %
Tableau (2.1) : choix de la sectio des jeux de barres
La section supportant le passa!e du courant nominal est % (d’apr2s le tableau) S THT ( mm )=2815 mm
3ube 145 ,/6,7
S HT ( mm )=1492 mm
3ube 145 6,
2
2
Section 2 :
2
2
'ette section est nécessaire pour la tenue thermique du jeu de barre en cas courtcircuit triphasé. S≥
La section du conducteur doit satisfaire la condition sui"ante %
I cc K
√ t
I cc( THT )=40 KA I cc( HT ) =31.5 KA • •
Le facteur 8 dépend du matériau des barres % pour l’145 89 ,/ t9 ,s (temps de coupure maximales des appareils de protection de l’O$&&).
On obtient une section de % S THT ( mm )=285.71 mm 2
2
S HT ( mm )=225 mm 2
&t
2
La section normalisée du jeu de barres est % S THT = max ( S1 , S 2 )=2815 mm
2
S HT = max ( S 1 , S 2 )=1492 mm
2
2.2.
E!et t"ermique sur le jeu de barres
2.2.1. Courant t"ermique &qui0alent de courte dur&e
Le courant thermique équi"alent de courte durée- doit 0tre calculé à partir de la "aleur efficace du courant de courtcircuit et des facteurs m et n relatifs aux effets thermiques des composantes continues et alternati"es du courant de courtcircuit en fonction du temps. Le courtcircuit peut se produire à des inter"alles rapprochés- donc Le courant thermique équi"alent de courte durée est exprimé par la formule sui"ante : I th= I √ m+ n ' '
m
:acteur relatif à l’effet thermique de la composante continue du courant de courtcircuit % e m=
220 T k ln( k − 1)
1 100 T k ln ( k − 1 )
¿ )
− 3 R
1"ec n
K =1 + 0.98 e
X
:acteur relatif à l’effet thermique de la composante alternati"e % n9, (d’apr2s la
norme). Résultats :
Le courant thermique admissible %
jeu de barres 77+ 8V
I th ( THT ) =40619,7 A
;eu de barres 8V
I th ( HT )= 31988 A
2.2.2. %a r&sistance t"ermique au courtcircuit :
Les conducteurs du jeu de barres s’échauffent lors d’un courtcircuit. 'et échauffement dépend de la durée du courtcircuit- de son amplitude et du matériel constitutif du conducteur.
'alcul de
c
S thr
%
S thr =
La section de la barre
n
$ombre de barre par phase
I th T k
K
√ T kr
La chaleur spécifique du métal
S
Le courant de courtcircuit La durée du courtcircuit
ρ20
La résisti"ité du conducteur à 7=c > La masse "olumique du métal k 20 'onducti"ité à 7 =' 20
√
I th T kr ≤ Sthr As T k
'oefficient de dilatation des c?bles
k =
√
k 20 C . ρ ln
1 + 20 (!n−20 ) 1 + 20 (!"− 20)
20
A s
La section des barres
&chauffement admissible % @ 9 +='
La température ambiante % @ 9
+=' La formule cidessous peut 0tre utilisée pour calculer l’échauffement dA au courtcircuit % #!cc =
0.24∗ ρ 20∗ Ith
2
( n . s )2∗c ∗$
de %
La température du !t conducteur apr2s le courtcircuit sera % ! −! (¿¿ n )+ & ! cc n + ¿¿ !t =!¿ !t =102.26 %c (3B3)
Conc
La densité de courant de tenue de courte durée assi!née S thr Censité de courant thermique équi"alent de courte durée pour ;eu de Earre S th !t la température des barres apr2s courtcircuit !t
;eu de barres 77+
;eu de barres
8V -+16mmD
8V ,-16mmD
,/-/F16mmD
7,-//16mmD
,7.7='
,+ ='
G 3empérature maximale supportable par les pi2ces en contact a"ec le jeu de barres
(isolant en particulier). 1u passa!e du courant de courtcircuit- la densité de courant thermique du jeu de barres est inférieure à la densité limite assi!née.
Les isolants sont !énéralement fabriqués du bronHe ou bien du cui"re- les températures de fusion des deux métaux sont respecti"ement * ='- ,*F =' La température limite des jeux 145 est de % 7 ='2.$.
%a tenue &lectrod'namique
'alcul de la force de cr0te entre les conducteurs principaux lors dIun courtcircuit triphasé % Cans un sJst2me triphasé a"ec les conducteurs principaux disposés a"ec les m0mes distances de centre sur un m0me plan- la force maximale a!it sur le conducteur principal pendant trois phase courtcircuit et est donné par% F m 3 =
0 √ 3 2 + ) * 2 ( 2 am
1"ec % #pF est la "aleur cr0te du courant de courtcircuit dans le cas dIun courtcircuit triphasé équilibré. + La distance maximale entre les appuisK am
La distance effecti"e entre les conducteurs.
0
La perméabilité dans le "ide.
2.#.
La force électrodJnamique entre conducteurs 3B3
F m 3 = 989,71
La force électrodJnamique entre conducteurs 3B3
F m 3 = 989,71
Calcul des contraintes dans les conducteurs ri)ides
Les forces sur les structures de support des conducteurs et les contraintes dans les conducteurs euxm0mes dépendent du tJpe de fixation mécanique et de lIélasticité. Le sJst2me mécanique composé de la structure de conducteur- de fixation et de support a une fréquence mécanique naturelle- qui peut 0tre actionnée par la fréquence du courant (+ BH ou BH)au!mentant ainsi les forces mécaniques. 'omme les efforts axiaux dans les conducteurs ri!ides peu"ent 0tre né!li!és- la contrainte de flexion en utilisant %
-m
pour le conducteur principal est calculée
- m = - r / .
F m + 8 0
$ous consid2rerons que les contraintes dans les jeux de barres ne "arient qu’en fonction du tJpe et du nombre de supports. -
apport entre les contraintes dJnamiques et statiques dIun conducteur principal
r
apport entre les contraintes dIun conducteur principal a"ec et sans réenclench2rent
automatique tripolaire- - r 9 ,.* a"ec d’apr2s la normeK /
:acteur relatif à la contrainte dIun conducteur principal K
0
Le module de section du conducteur principal et doit 0tre calculé selon la direction des
forces entre conducteur principaux. 2
Cans notre cas il s’a!it d’un tube d’oM %
2
( ( D − 1 ) 0 = 32 D
2.#.1. Calcul de la contrainte admissible dans un conducteur
Nn seul conducteur est supposé résister aux forces de courtcircuit lorsque% - m ≤ 2 . R * 0 , 2
1"ec p-7 la contrainte correspondant à la limite élastique (p- 79,*
2s
3
)
D 2 =1.7 4 2s 1 −(1 − ) D D
Ciam2tre extérieur du jeu de barre K
5 &paisseur de la paroi en mK
Résultat de calcul
'ontrainte réelle en ( 34a )
;eu de barres 77+ 8V F-+*
;eu de barre 8V 7F-/
7-PF
7+7-F
'ontrainte admissible ( 34a )
La force dJnamique F1 est calculée à partir de % F 1 = f . r . . F m f apport entre les forces dJnamiques et statiques exercées sur les supports K r apport entre les contraintes d’un conducteur principal sans réenclenchement
automatique tripolaire a"ec f . r= 2,7 (d’apr2s la norme #'& *+) K :acteur relatif à la force sur un support. Résultat de calcul
;eu de Earres kV % F 1 =3527.45 ;eu de Earres 77+ kV % F 1 =2187.57
Figure (2.2) : Isolateurs 225 k. C04-1050
2.#.$. %a +r&quence propre appropri&e
Les fréquences propres de "ibration à é"iter pour les barres soumises à un courant de + BH sont les fréquences "oisines de + et , BH. 'ette fréquence propre de "ibration est donnée par la formule % f c =
√
5 6J 2 , + m
6
odule de Qoun! (&9 4
5
:acteur relatif à l’estimation de la fréquence propre K
m7
La masse d’un conducteur principal par unité de lon!ueur en k!6mKP
+
&ntraxe maximal entre support en m-
J
oment quadratique de la section d’un conducteur dont l’expression est ci
dessous % 4
J =
4
( ( D −1 ) 32
Résultats obtenus :
La fréquence propre des jeux de barres 77+ K8 % La fréquence propre des jeux de barres K8 %
f =4,474795997 H9
f =20,89142168 H9
f est en dehors des "aleurs à proscrire- à sa"oir /7 à +* BH et * à ,,+ NB %
H9 .
pour amortir les "ibrations induites par le "ent ou le chan!ement de température on
2 pré"oira l’introduction d’un c?ble d’amortissement en 1lmélec +P mm dans tous les
tubes 145 des deux jeux des barres 77+ K8 et k8 . Le c?ble d’amortissement dont la lon!ueur de 76F de la lon!ueur de chaque tube .sera positionné dans le milieu des tubes 145- et fixé à chaque extrémité.
$. Dimensionnement des Connexions secondaires La connexion entre les jeux de barres principaux (ri!ide) et les sectionneurs se fait soit par des connexions ri!ides soi par des connexions souples. 'es connexions sont appelées jeux de barres secondaires. Les connexions utilisées sont de tJpe souple en 1lmélec (d’apr2s le cahier des char!es). LIR almélec S est un allia!e dIaluminium- de ma!nésium et de silicium principalement utilisé pour la réalisation des réseaux électriques aériens. 5a résisti"ité (F7-+T, U.m) est en"iron le double de celle du cui"re- mais ses caractéristiques mécaniques lui permettent de résister aux contraintes liées à lIen"ironnement ("ent- !el- nei!e- "ariations de température). $.1.
Dimensions et paramètres caract&ristiques
La char!e électroma!nétique caractéristique par unité de lon!ueur sur les conducteurs principaux souples dans les sJst2mes triphasés sont donnés par% ' '
2
( I k 3) +c 0 F = 0.75 a + 2 ( '
1"ec % a
L’entraxe entre les points centraux des conducteurs principaux K
+c
La lon!ueur à la corde du conducteur principal dans la portée K
+
&ntraxe entre deux supports K
n
$ombre de conducteur.
Le rapport entre la force électrodJnamique et la force de !ra"ité lors d’un courtcircuit est un param2tre important donné par % '
r=
F '
n m s :n
&t qui donne la direction de la force résultante exercée sur le conducteur %
$ 1= arctan r
La fl2che statique équi"alente du conducteur en milieu de portée est donnée par % '
n m s :n + "c = 8 F st :n
2
L’accélération de la pesanteur.
Fst
:orce de tension statique dans un conducteur.
La période 3 d’oscillation du conducteur est donné par %
√
T = 2 (
0.8 " c
:n
#l s’applique au cas de faibles an!les d’oscillation sans passa!e de courant dans le conducteur.
T res=
T
√+ 4
2
2
1 r [1 −
(
[
$ 1
64 90 %
2
] ]
Résultat de calcul :
!"bles e #lm$lec %T
F&(')
!"bles e #lm$lec T%T 51*2+5 '
r
12-55*55
2-,5*
>,
+-/7=
/-+=
-+5*2
-1,5
1-,*-
-+,+
"c
T Tres
$.2.
Tres= 0,88 s
,,225 '
Tres= 0,52 s
/orce exerc&e sur les isolateurs supports
La force exercée sur les isolateurs supports est é!ale au maximum des deux forces sui"antes % $.2.1. /orce de tension F t
:orce de tension maximale due à l’oscillation atteinte pendant le courtcircuit dans les conducteurs souples. Les conducteurs sont constitués de plusieurs faisceaux- donc selon la norme la force de tension F t est donnée par la formule sui"ante % F t =1,1 Fst ( 1 + ;< ) ; ,<
:acteurs relatifs à la force de tension.
:st :orce de tension statique. $.2.2. /orce de tension F f
la fin du courtcircuit- la portée oscille ou diminue. La "aleur maximale
F f
pour une
portée à la fin de la chute est seulement si!nificati"e pour rW - si $ m ≥ 70 % Cans ce cas- la force de chute est donnée par%
√
F f =1,2 Fst 1+ 8 =
=
$ m
Le facteur de 'ontrainte K 1n!le d’oscillation maximal
$ m 180 %