Introduction des appareillages de commutation

Un appareillage de commutation désigne un ensemble complet d'appareils de distribution d'énergie, composés d'équipements primaires et secondaires, assemblés selon un plan précis. Il sert principalement à la commande et à la protection des circuits et des équipements. On distingue deux types d'appareillages de commutation : les appareillages haute tension (fixes et mobiles) et les appareillages basse tension (fixes et à tiroirs), selon les niveaux de tension des lignes entrantes et sortantes.
La structure des appareillages haute tension est globalement similaire et se divise principalement en local des barres omnibus, local des disjoncteurs, local de commande secondaire (ou local d'instrumentation) et local des départs. Chaque local est généralement isolé par une plaque d'acier. Les appareillages basse tension sont principalement classés selon le mode d'installation de leurs composants.

Appareillage de commutation haute tension blindé à montage central KYN28A-12

Armoire de commutation fixe basse tension GGD

Armoire de commutation extractible basse tension MNS

KYN61-40.5 Appareillage de commutation blindé amovible en boîtier métallique

Armoire à interrupteurs extractibles basse tension GCK

Les composants internes comprennent : bus (barre omnibus), disjoncteur, relais conventionnel, dispositif de protection à relais intégré, instrument de mesure, couteau d'isolement, voyant lumineux, couteau de mise à la terre, etc.

1. L'armoire de réception, également appelée armoire de puissance, est un dispositif servant à recevoir l'énergie électrique du réseau (de la ligne d'arrivée à la barre omnibus). Elle est généralement équipée de disjoncteurs, de transformateurs de courant (TC), de transformateurs de potentiel (TP), de lames sectionneuses et d'autres composants.

2. Les armoires de départ sont également appelées armoires de distribution électrique. Ce sont des équipements utilisés pour distribuer l'énergie électrique (du bus à chaque ligne de départ) et elles sont généralement équipées de disjoncteurs, de transformateurs de courant (TC), de transformateurs de potentiel (TP), de lames sectionneuses et d'autres composants.

3. Connexion au bus
On l'appelle aussi armoire de disjoncteurs. C'est un appareil permettant de connecter deux sections de bus (d'un bus à l'autre). La connexion par bus est souvent utilisée dans les systèmes à une ou deux sections de bus afin de répondre aux exigences des utilisateurs et de leur permettre de choisir différents modes de fonctionnement. Elle permet une coupure sélective de la charge en cas de panne.

4. L'armoire du transformateur de tension est généralement installée directement sur la barre omnibus afin de détecter la tension de cette dernière et d'assurer la protection. Elle contient principalement le transformateur de tension, le couteau sectionneur, le fusible et le parafoudre.

5. L'armoire d'isolement sert à isoler les barres omnibus à leurs deux extrémités ou à isoler l'équipement recevant l'énergie de l'équipement fournissant l'énergie. Elle offre un point d'arrêt visible pour l'opérateur, facilitant ainsi les opérations de maintenance et de réparation. L'armoire d'isolement ne permettant pas de couper ou de remettre le courant de charge, le chariot qui y est associé ne peut être déplacé lorsque le disjoncteur correspondant est fermé. En pratique, il est nécessaire de prévoir un verrouillage entre le contact auxiliaire du disjoncteur et le chariot d'isolement afin d'éviter toute manipulation accidentelle.

6. L'armoire de condensateurs, également appelée armoire de compensation, sert à améliorer le facteur de puissance du réseau électrique ou à compenser la puissance réactive. Ses principaux composants sont des groupes de batteries de condensateurs, des boucles de commande et des fusibles connectés en parallèle. Elle protège les équipements électriques. Généralement installée en parallèle avec l'armoire d'arrivée, une ou plusieurs armoires de condensateurs peuvent fonctionner en parallèle. Après la déconnexion de l'armoire de condensateurs du réseau électrique, le temps nécessaire à la décharge complète des batteries de condensateurs, il est impératif de ne pas toucher directement les composants de l'armoire, et en particulier les batteries de condensateurs elles-mêmes. Dans un délai déterminé après la coupure de courant (variable selon la capacité des batteries, par exemple 1 minute), il est interdit de la remettre en marche afin d'éviter toute surtension et tout dommage aux condensateurs. Lors de l'utilisation de fonctions de commande automatique, il convient de veiller à une répartition judicieuse des temps de commutation de chaque groupe de batteries de condensateurs afin d'éviter d'endommager un groupe de condensateurs par des commutations trop rares.

7. Armoire à mesurer

Principalement utilisé pour mesurer l'énergie électrique (kWh), et divisé en haute tension et basse tension, généralement installé avec un interrupteur sectionneur, un fusible, un CT, un PT, un compteur d'énergie active (compteur traditionnel ou compteur numérique), des compteurs d'énergie réactive, des relais et d'autres équipements auxiliaires secondaires (tels que des moniteurs de charge, etc.).
8. L'armoire GIS, également appelée armoire électrique combinée fermée, est une combinaison fermée de disjoncteurs, d'interrupteurs sectionneurs, d'interrupteurs de mise à la terre, de TC, de TP, de parafoudres, de barres omnibus, etc. dans une enveloppe métallique, puis un gaz avec de bonnes performances d'isolation et d'extinction d'arc (l'hexafluorure de soufre SF6 est généralement utilisé) comme mesure d'isolation entre les phases et la terre, convient aux réseaux électriques haute tension et haute capacité, utilisé pour la distribution et le contrôle de l'énergie.
9. En fonctionnement normal, le disjoncteur est fermé (sauf applications spécifiques) et le circuit est connecté. Lors d'opérations de commande automatique ou de protection, le disjoncteur peut être actionné par le dispositif de protection global pour interrompre ou connecter le circuit. Le disjoncteur peut non seulement couper le courant de charge normal, mais aussi supporter un courant de court-circuit pendant une certaine durée (plusieurs, voire des dizaines de fois le courant nominal), interrompre ce courant et mettre hors tension les circuits et équipements défectueux. La fonction principale du disjoncteur est donc d'interrompre et de rétablir le circuit (courant normal et courant de court-circuit). Lors de l'interruption et de la fermeture du circuit, un arc électrique se forme inévitablement entre le contact mobile et le contact fixe du disjoncteur. Afin de protéger les contacts, de limiter l'usure des matériaux de contact et d'assurer une coupure fiable du circuit, il est impératif de prendre des mesures pour éteindre l'arc électrique au plus vite. L'une d'elles consiste à utiliser différents fluides abrasifs pour remplir les contacts dynamiques et fixes du disjoncteur. Selon le type d'agent d'extinction d'arc, les disjoncteurs se classent en plusieurs catégories : disjoncteurs à huile (à forte ou faible teneur en huile), disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF6), disjoncteurs à vide, disjoncteurs à air, etc. Le disjoncteur est l'équipement principal des appareillages haute et basse tension que nous rencontrons fréquemment sur un chantier. Comme ses contacts mobiles et statiques sont généralement immergés dans un bain d'agent d'extinction d'arc, son état d'ouverture ou de fermeture ne peut être déterminé directement. Il faut généralement se référer à ses dispositifs auxiliaires (indicateurs de position, par exemple).

10. Couteau d'isolement

Le coupe-circuit (ou sectionneur) permet de détecter la connexion ou la déconnexion grâce à une rupture nette. Il est principalement utilisé pour isoler l'alimentation haute tension afin de garantir la sécurité de la maintenance des lignes et des équipements. Le courant pouvant être coupé est très faible (généralement quelques ampères). En l'absence de dispositif d'extinction d'arc spécifique, il ne peut être utilisé pour interrompre le courant de défaut et le courant de fonctionnement normal, et toute opération de coupure en charge est interdite.

11. Fusible

Un fusible est un dispositif de protection électrique simple. Son principe de fonctionnement est le suivant : lorsque le courant qui le traverse atteint ou dépasse une certaine valeur pendant une durée déterminée, son filament fond et coupe le circuit. Son principe est simple, son installation est aisée, et il est généralement utilisé en complément d'autres dispositifs électriques. Principales caractéristiques : premièrement, le courant doit atteindre une certaine valeur, fixée en usine et non modifiable ; deuxièmement, un délai doit s'écouler après que le courant a atteint cette valeur, également fixé par le fabricant et non modifiable. Il existe différents types de fusibles, notamment à action retardée, instantanée et ultra-rapide ; troisièmement, une fois fondu, le fusible est endommagé et ne peut être réutilisé ; on peut vérifier s'il est grillé grâce à l'indicateur de fusible ou à l'aspect du filament fondu. Les fusibles et les tubes de protection couramment utilisés appartiennent à cette catégorie de dispositifs électriques.

12. Interrupteur de charge
Le sectionneur de charge est équipé d'un dispositif d'extinction d'arc simple. Le milieu d'extinction est généralement l'air, capable de couper certains courants et surintensités, mais insensible aux courants de court-circuit et aux défauts de court-circuit. Par conséquent, il est formellement interdit d'utiliser un sectionneur de charge à la place d'un disjoncteur ; son utilisation est impérative, en complément du fusible haute tension mentionné précédemment (dans la pratique, fusible et sectionneur de charge sont souvent montés en série pour une protection simplifiée contre les surcharges, afin de réduire les coûts). Le sectionneur de charge, semblable à un couteau d'isolement, présente un espace de coupure bien visible, permettant de déterminer aisément si le circuit est sous tension ou hors tension.

13. Transformateur

En termes simples, un transformateur est un appareil qui utilise des champs électromagnétiques alternatifs pour convertir différents niveaux de tension (en réalité, il convertit l'énergie électrique), la fréquence de la tension restant inchangée avant et après la conversion. Selon son utilisation, on distingue plusieurs types de transformateurs, tels que les transformateurs de puissance, les transformateurs redresseurs, les régulateurs de tension, les transformateurs d'isolement, les TC et les TP. Sur un chantier, on rencontre fréquemment des transformateurs de puissance.
Voici quelques-uns des principaux paramètres techniques relatifs au transformateur : ① Puissance nominale : puissance de sortie nominale du transformateur dans ses conditions de fonctionnement nominales (égale à U×I, en kVA) ; ② Tension nominale : tension à vide, tension nominale aux bornes ; ③ Pertes à vide : pertes du transformateur à vide (également appelées pertes fer) ; ④ Courant à vide : intensité du courant circulant dans l’enroulement primaire à vide ; ⑤ Pertes par court-circuit : pertes dues au courant nominal au primaire et à un court-circuit au secondaire (principalement dues à la résistance de l’enroulement) ; ⑥ Principe des prises : pour répondre aux exigences du réseau électrique, le côté haute tension d’un transformateur comporte des prises. La tension de ces prises est exprimée en pourcentage de la tension nominale ; on parle alors de tension de prise. Par exemple, un transformateur haute tension de 10 kV possède une prise de ±5 %, ce qui signifie qu'il peut fonctionner à trois niveaux de tension : 10,5 kV (+5 %), 10 kV (nominal) et 9,5 kV (-5 %). Généralement, les transformateurs à prises en charge possèdent un plus grand nombre de prises, par exemple 7 prises (±3 × 2,5 %) et 9 prises (±4 × 2 %). La synchronisation de la commutation du changeur de prises n'étant pas totalement garantie, les transformateurs à prises en charge ne peuvent généralement pas être utilisés en parallèle. ⑦ Charge active : charge qui produit de l'énergie mécanique ou thermique dans le réseau électrique. Les charges purement résistives consomment uniquement de la puissance active ; par exemple, les appareils de chauffage électrique, les fours électriques, l'éclairage et autres charges électriques sont des charges entièrement actives. Les moteurs asynchrones et synchrones consomment à la fois de la puissance active et de la puissance réactive. Parmi eux, la partie qui produit de l'énergie mécanique par un travail mécanique est une charge active. La charge active est alimentée par la puissance active du générateur. ⑧ Puissance réactive : la partie de la charge électrique qui ne produit pas de travail. La puissance réactive est consommée uniquement par les charges inductives, telles que les transformateurs, les moteurs, les climatiseurs, les réfrigérateurs, etc. Ainsi, lorsque le générateur produit de la puissance active, il doit également fournir de la puissance réactive. Si la puissance réactive est insuffisante pour le réseau, la tension du système chute. Afin de répondre aux besoins des utilisateurs, un compensateur de puissance réactive doit être installé dans le poste de transformation pour maintenir l'équilibre de la puissance réactive et ainsi préserver le niveau de tension. ⑨ Réserve de secours : composante de la capacité de réserve du réseau électrique. Les équipements de production d'électricité pouvant subir des pannes temporaires ou permanentes affectant l'alimentation électrique, le système doit être équipé d'une réserve de secours afin de garantir la sécurité des installations électriques. ⑩ Démontage du système : Afin d’éviter toute défaillance du système et toute extension accidentelle, le réseau électrique sera entièrement démantelé en plusieurs systèmes indépendants qui ne fonctionneront plus de manière synchrone. Certains systèmes locaux pourraient subir des déficits de puissance après le délestage, ainsi que des chutes de fréquence et de tension ; il est donc nécessaire de retirer une partie de la charge afin de préserver la stabilité de l’ensemble du système.