La cabine de quartier reçoit la moyenne tension (6,6 kV, 15 kV, 20 kV…) et la transforme en 400/230 V. On y trouve des appareils qui coupent, qui isolent et qui protègent, chacun avec un rôle précis. L'Exetat demande les courants nominaux et de court-circuit, le rôle de chaque appareil, l'ordre des manœuvres et la coupure de l'arc.
L'essentiel
- Courant nominal d'un transformateur triphasé : I = S/(√3 × U), avec U la tension entre phases du côté considéré. Pas de cos φ : la puissance d'un transformateur est apparente (kVA). Un 250 kVA donne environ 21,9 A sous 6,6 kV et 361 A sous 400 V.
- Courant de court-circuit aux bornes BT (réseau amont très puissant) : Icc = In/ucc, avec ucc la tension de court-circuit en fraction (4 % = 0,04, donc Icc = 25 × In). Le pouvoir de coupure du disjoncteur général doit dépasser ce courant.
- Pouvoir de coupure = plus fort courant qu'un appareil peut interrompre sous sa tension. Sectionneur : aucun, il s'ouvre à vide et donne une coupure visible pour isoler. Interrupteur : coupe le courant normal de charge. Fusible : coupe un court-circuit mais doit être remplacé. Disjoncteur : coupe un court-circuit et se réarme.
- Ordre des manœuvres pour mettre hors tension : ouvrir le disjoncteur, puis les sectionneurs, vérifier l'absence de tension avec un détecteur, puis fermer le sectionneur de mise à la terre (qui décharge le câble et le protège contre une remise sous tension accidentelle). Pour remettre sous tension, ordre inverse. Les lampes de présence de tension aident à la manœuvre mais ne prouvent jamais l'absence de tension.
- Coupure de l'arc. Disjoncteurs à huile (bain d'huile, faible volume d'huile) : l'arc décompose l'huile et crée lui-même le gaz qui le souffle. Soufflage magnétique : le champ est créé par le courant de l'arc lui-même. Air comprimé : énergie EXTÉRIEURE stockée dans un réservoir. SF6 (hexafluorure de soufre) : gaz très isolant qui capte les électrons ; il domine aujourd'hui, mais c'est un puissant gaz à effet de serre.
- Protections du poste : le parafoudre (entre ligne et terre) écoule les surtensions de la foudre ; le relais Buchholz (entre cuve et conservateur) détecte les gaz produits par un défaut interne du transformateur à huile ; le déclencheur à minimum de tension ouvre le disjoncteur si la tension disparaît, et le réarmement reste volontaire ; le déclencheur à maximum de courant protège contre les surintensités.
- Cellule blindée : compartiments séparés pour le jeu de barres, l'appareil de coupure, les câbles, et un compartiment basse tension pour les relais, les mesures et la commande.
- Jeu de barres de transfert : il permet d'alimenter un départ pendant l'entretien de son disjoncteur. Un deuxième jeu de barres principal ajoute de la souplesse (répartir les départs, entretenir une barre sans coupure) mais coûte plus cher et complique les manœuvres.
Les formules
- Courant nominal triphasé
- In = S/(√3 × U)
- U entre phases, pas de cos φ
- Courant de court-circuit BT
- Icc = In/ucc
- ucc en fraction
- Courant absorbé au primaire par un moteur
- I1 = Pu/(η moteur × η transfo × √3 × U1 × cos φ1)
- côté MT
La méthode
- 1Pour un courant, identifie le côté (MT ou BT) et prends SA tension entre phases.
- 2Calcule In = S/(√3 U) en VA et V, sans cos φ.
- 3Pour le court-circuit, convertis ucc en fraction et divise In par cette fraction.
- 4Pour une question sur un appareil, demande-toi : coupe-t-il un courant (disjoncteur, interrupteur, fusible), isole-t-il (sectionneur), ou surveille-t-il (parafoudre, Buchholz, Min U, Max I) ?
- 5Pour une manœuvre, applique la règle : on coupe avec le disjoncteur, on isole avec le sectionneur, on met à la terre en dernier.
Un exemple résolu
Une cabine abrite un transformateur de 400 kVA, 20 kV/400 V, de tension de court-circuit 4 %. Calcule les courants nominaux primaire et secondaire, puis le courant de court-circuit aux bornes BT.
- 1.Primaire : In1 = 400 000/(√3 × 20 000) = 400 000/34 641 ≈ 11,5 A.
- 2.Secondaire : In2 = 400 000/(√3 × 400) = 400 000/692,8 ≈ 577 A.
- 3.ucc = 4 % = 0,04, soit 1/25.
- 4.Icc = 577/0,04 ≈ 14 400 A, soit environ 14,4 kA.
- 5.Le disjoncteur général BT doit avoir un pouvoir de coupure supérieur à 14,4 kA.
Réponse : In1 ≈ 11,5 A, In2 ≈ 577 A et Icc ≈ 14,4 kA aux bornes BT.
Les pièges à éviter
- Oublier √3, diviser par 3, ou utiliser la tension simple (230 V) dans I = S/(√3 U).
- Multiplier par un cos φ alors que la puissance est donnée en kVA.
- Confondre courant nominal et courant de court-circuit : le pouvoir de coupure se choisit sur Icc.
- Ouvrir un sectionneur en charge, ou fermer le sectionneur de terre avant d'avoir coupé et isolé : le sectionneur ne sait pas éteindre un arc.
- Confondre surtension (parafoudre) et surintensité (fusible, disjoncteur), ou croire que le soufflage magnétique utilise une énergie extérieure.
À retenir
In = S/(√3 U) sans cos φ et Icc = In/ucc ; le disjoncteur coupe, le sectionneur isole à vide : disjoncteur d'abord, sectionneur ensuite, terre en dernier.