Courant de court-circuit

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Le courant de court-circuit d'un générateur de tension parfait est, en théorie, infini. Fort heureusement, en pratique, la valeur du courant de court-circuit est finie, limitée par les impédances internes de la source, des divers tronçons de ligne et des composants placés sur le trajet de ce courant.

Sommaire

1 Intérêt du calcul du courant de court-circuit
2 Méthodes de calcul employées
3 Types de court-circuit
4 Source

[modifier] Intérêt du calcul du courant de court-circuit

Il est impératif de connaître la valeur du courant de court-circuit I_cc à tous les endroits d'une installation, où l'on veut placer un dispositif de protection (fusible ou disjoncteur) chargé de l'interrompre. Il faut en effet s'assurer que le pouvoir de coupure du fusible ou du disjoncteur est bien supérieur au courant de court-circuit à cet endroit. L'incapacité d'un fusible ou d'un disjoncteur d'interrompre un courant de court-circuit peut conduire à des résultats catastrophiques.

En fait deux valeurs du courant de court-circuit doivent être déterminées :

sa valeur maximale, quand le court-circuit se produit aux bornes même de l'organe de protection, et dans le cas le plus défavorable (défaut triphasé)
sa valeur minimale, quand le court-circuit se produit à l'extrémité de la liaison protégée, c'est-à-dire à l'entrée du prochain organe de protection, et dans le cas le plus favorable (défaut biphasé).

La valeur maximale définit :

le pouvoir de coupure nécessaire du fusible ou du disjoncteur chargé de la protection à cet endroit
le pouvoir de fermeture nécessaire de ce même disjoncteur (en cas de fermeture sur un court-circuit)
la tenue électrodynamique des canalisations et de l'appareillage

La valeur minimale définit le choix de la courbe de déclenchement du disjoncteur ou du fusible, assurant la sélectivité des déclenchements.

[modifier] Méthodes de calcul employées

Le principe du calcul de I_cc est simple, puisqu'il suffit d'appliquer la loi d'Ohm : $I_{{cc}} = \frac {U}{Z_i + \sum{Z_l} + \sum{Z_a} }$ où :

U est la tension du réseau

Court-circuit proche d'un alternateur
Z_i est l'impédance interne de la source
Z_l est l'impédance des tronçons de ligne traversés
Z_a est l'impédance de l'appareillage rencontré

En pratique, ce calcul s'avère délicat pour plusieurs raisons :

il fait intervenir des éléments de faible valeur, négligés le reste du temps et peu ou mal spécifiés par les constructeurs
la source d'énergie est complexe, quand il s'agit d'un réseau de distribution, car elle est alors composée de nombreux alternateurs et lignes interconnectés. Le fournisseur d'énergie caractérise simplement son réseau au point de livraison par une puissance de court-circuit, spécifiée en MVA
pour ces valeurs extrêmes de l'intensité, la non linéarité de certaines impédances est difficilement négligeable
l'établissement du courant de court-circuit est complexe, et sa forme et les amplitudes atteintes dépendent fortement de l'instant où s'est produit le court-circuit. Le régime transitoire est encore plus complexe, quand un alternateur est proche de l'endroit du défaut
l'apparition du court-circuit provoque généralement un déséquilibre du régime triphasé
d'autres éléments peuvent introduire des paramètres supplémentaires difficiles à prendre en compte : batteries de condensateurs, apparition d'arcs de défaut, machines tournantes dans l'installation, filtres antiharmoniques, transformateurs de courant, etc.

Pour ces raisons, toutes les méthodes de calcul des courants de court-circuit utilisent des approximations, négligent certains phénomènes, définissant de ce fait leurs domaines de validité, où les résultats obtenus offrent une précision acceptable et par excès. On peut citer quelques méthodes :

[modifier] Méthode des impédances

Cette méthode permet d'obtenir une bonne précision en BT (< 1000 V). Elle consiste à recenser toutes les impédances se trouvant sur le parcours du courant de court-circuit. Des tableaux facilitent la détermination des impédances du réseau de distribution à partir de sa puissance de court-circuit, et celles des transformateurs à partir de leur puissance apparente. D'autres tableaux donnent pour chaque type de ligne et leur mode de pose la part relative de la résistance et de la réactance dans leurs impédances.

Le recensement terminé, le module de l'impédance totale est calculé, ce qui permet, par application de la loi d'Ohm, de déduire la valeur du courant de court-circuit

[modifier] Méthode de composition

Cette méthode est utilisable quand les caractéristiques de l'alimentation ne sont pas connues. L'impédance amont du circuit considéré est calculée à partir d'une estimation du courant de court-circuit à son origine. Cette méthode approchée a une précision suffisante pour ajouter un circuit à une installation existante, du moment que sa puissance ne dépasse pas 800 kVA.

[modifier] Norme CEI 60909

Elle s'applique à tous les réseaux, maillés ou radiaux, jusqu'à 230 kV. Elle est surtout utilisée en HT, où elle est retenue pour sa précision. Elle est basée sur le théorème de Thévenin, et consiste à calculer une source de tension équivalente au point de court-circuit. Toutes les alimentations du réseau et les machines synchrones ou asynchrones sont remplacées par leurs impédances (directe, inverse et homopolaire). Toutes les capacités de ligne et les admittances en parallèle des charges non tournantes, sauf celles du système homopolaire, sont négligées.

[modifier] Calculs par ordinateur

De nombreux logiciels ont été développés pour calculer les courants de court-circuit conformément aux normes. Les plus évolués peuvent prendre en compte l'aspect dynamique du court-circuit, et peuvent également faire des simulations.

[modifier] Types de court-circuit

Sur un réseau triphasé, les courts-circuits peuvent être de plusieurs types :

défaut triphasé : les trois phases sont réunies ensemble (5% des cas). Ce défaut donne lieu en général au plus grand courant de court-circuit : $\textstyle { I_{{cc3}} = \frac {U}{\sqrt3 \cdot Z_{{cc}} } }$
défaut biphasé : deux phases sont raccordées ensemble (15% des cas). On distingue entre défaut biphasé/terre et biphasé isolé. Le courant de court-circuit vaut : $\textstyle {I_{{cc2}} = \frac {U}{2 \cdot Z_{{cc}} } }$
défaut monophasé : une phase est reliée au neutre ou à la terre (80% des cas). Le courant de court-circuit vaut : $\textstyle { I_{{cc1}} = \frac {U}{\sqrt3 \cdot (Z_{{cc}} + Z_0 )}}$

Nota : Z_cc est l'impédance totale par phase traversée par le courant de court-circuit, et Z₀ est l'impédance homopolaire, ce qui est lié en particulier à l'impédance de la ligne du neutre ou de la terre selon le cas.