Que se passe-t-il si le défaut est un arc électrique qui se produit dans les barres du panneau électrique ?
Lorsque la coordination des protections électriques est critique, par exemple pour minimiser l'étendue d'une panne, une pratique de conception courante consiste à utiliser le disjoncteur principal sans fonction de déclenchement instantané et à l'implémenter sur les disjoncteurs de sortie de l'appareillage. Sans déclenchement instantané, le disjoncteur principal peut prendre jusqu'à 30 cycles ou 0,6 seconde selon le réglage de temporisation courte. Cela laisse suffisamment de temps au disjoncteur de sortie pour se déclencher en premier et effacer le défaut.
Evidemment nous avons ce problème aussi bien en distribution électrique Moyenne Tension que (et c'est le grand oublié quand c'est le plus abondant, en Basse Tension). Mais... que se passe-t-il si le défaut est un arc électrique qui se produit dans les barres du tableau électrique ? Le délai de 30 cycles du disjoncteur principal semblerait être une éternité dans ce cas.
Les objectifs de fournir une coordination sélective en incluant un délai et de réduire l'énergie de l'événement électrique avec des temps de déclenchement rapides sont en conflit les uns avec les autres. Si le disjoncteur principal se déclenche instantanément, vous pouvez limiter la durée de l'arc électrique à cinq cycles électriques (0,1 seconde). Cependant, sans un déclenchement instantané, la conduite principale pourrait prendre jusqu'à 30 cycles pour ouvrir le disjoncteur.
Étant donné que l'énergie totale d'un arc électrique dépend de sa durée, une multiplication par six de la durée (30 divisé par 5) entraînerait une augmentation égale de l'énergie, éventuellement à un niveau trop dangereux pour effectuer des travaux de maintenance avec le panneau électrique sous tension, même avec un équipement de protection individuelle.
Le conflit entre l'utilisation d'une temporisation pour la coordination sélective et le déclenchement instantané pour réduire la durée de l'arc électrique a conduit à l'introduction d'un nouvel article dans l'édition 2011 du NEC (National Electrical Code) aux USA . Le nouvel article, 240.87 sur le déclenchement non instantané, stipule : "Lorsqu'un disjoncteur est utilisé sans déclenchement instantané, une documentation doit être disponible pour les personnes autorisées à concevoir, installer, exploiter ou inspecter l'installation quant à l'emplacement du disjoncteur. ou des interrupteurs automatiques ». En d'autres termes, le personnel d'exploitation et de maintenance doit être préalablement averti que cette protection instantanée n'existe pas. Lorsqu'un disjoncteur est utilisé sans déclenchement instantané, un des moyens équivalents homologués suivants doit être prévu :
- Verrouillage sélectif de zone (ZSI).
- Protection différentielle.
- Commutateur de maintenance de réduction de puissance avec indicateur d'état local.
Quels sont ces trois moyens évoqués et comment contribuent-ils à résoudre le conflit ?
- Zone Selective Interlocking : également connu sous le nom de ZSI (Zone Selective Interlocking), ce schéma permet à différentes zones de protection (principales et départs) de communiquer entre elles. Si le défaut est en aval de l'interrupteur de sortie, il enverra un signal au principal, lui disant d'empêcher qu'il ne se déclenche instantanément. Au lieu de cela, le délai d'expiration principal sera basé sur vos autres paramètres (généralement un court délai). Cette procédure est également appelée "Sélectivité Logique". Cela permet au commutateur de sortie d'être le premier à effacer le défaut. Cependant, si le défaut se situe entre le commutateur principal et le commutateur de sortie, le départ ne voit pas l'événement, donc aucun signal de retenue n'est envoyé au principal. Dans ce cas, il se déclenche instantanément. Cela permet au réseau principal d'avoir une capacité d'élimination des défauts à grande vitesse pour les défauts de bus, tout en permettant un délai pour les défauts en aval du disjoncteur de sortie.
- Protection différentielle : le concept de cette méthode de protection est que le courant entrant dans un appareil protégé doit être égal au courant sortant de l'appareil. Si ces deux courants ne sont pas égaux, il doit y avoir un défaut dans le boîtier électrique et le relais peut être configuré pour fonctionner en interruption rapide. La protection différentielle utilise des transformateurs de courant situés sur les côtés ligne et charge de l'appareil protégé, qui seraient généralement un transformateur, un générateur ou un bus de panneau électrique (MT ou BT).
- Commutateur de maintenance de réduction de puissance avec indicateur d'état local : ce « commutateur » permet à l'utilisateur d'activer « temporairement » un paramètre de « retard involontaire », c'est-à-dire un déclenchement instantané. De nombreux fabricants de matériel électrique ont introduit ce type d'interrupteur avec leurs équipements. Bien que l'interrupteur n'élimine pas le risque d'arc électrique, il peut réduire la durée avec un temps de déclenchement plus rapide. Une fois les travaux sous tension terminés, l'interrupteur est remis dans sa position normale, ce qui restaure la configuration d'origine de l'appareil.
- Il n'est pas mentionné dans le NEC, mais les systèmes de détection d'arc électrique peuvent également être appliqués. Fondamentalement, ce sont des appareils qui sont installés à l'intérieur du panneau BT ou MT et détectent la lumière de l'arc électrique à travers une installation à fibre optique. Typiquement il y a une unité électronique centrale qui reçoit plusieurs fibres optiques qui supervisent différentes parties du tableau électrique. En cas de détection d'arc, une commande de déclenchement instantané est envoyée au disjoncteur de tête du tableau électrique.
Ces quatre méthodes sont appliquées aussi bien dans le monde des normes américaines que dans celui de la CEI. Le problème est le même et malheureusement c'est un problème ignoré. Rappelons qu'il existe de nombreux tableaux électriques installés qui ne sont pas conformes à la norme internationale IEC 62271-200, qui définit la classe dite IAC "Internal Arc Class", et donc, cette le risque électrique est plus pertinent.
Lorsqu'il s'agit du conflit entre la sélectivité de la protection électrique et la protection contre les arcs électriques, chacune des quatre méthodes décrites dans cet article peut aider à offrir le meilleur des deux mondes : temporisation pour la coordination sélective quand cela compte et déclenchement à grande vitesse si nécessaire pendant la phase de travail, qui est un travail qui devrait toujours être minimisé.
