Sécurité électrique: Énergie incidente à la sortie des transformateurs

Par | Mai 22, 2018 | Sécurité électrique

Sécurité électrique:

Les causes du niveau d’énergie incidente « arc flash » élevée à la sortie des transformateurs

 

Les transformateurs présentent des risques accrus lors d’un court-circuit triphasé. Dans ce blogue, des simulations de différentes configurations des transformateurs seront présentées pour ainsi voir l’influence de l’utilisation par rapport au niveau d’énergie incidente.

Dans les entreprises, les transformateurs sont généralement utilisés pour abaisser la tension. Par exemple, pour passer de 600 Volts à 480 Volts, ou à 240 Volts, ou à 120 Volts. Il faut toujours garder en tête qu’en diminuant la tension, le courant augmente.

Les principaux facteurs influençant le niveau de court-circuit à la sortie des transformateurs sont : « le calibre et le temps de déclenchement de la protection en amont, la puissance en kVA, l’impédance, le rapport de transformation, et la nature de la charge ».

La figure 1 montre les principaux facteurs influençant le niveau de court-circuit à la sortie des transformateurs :

Figure 1: Niveau d’énergie incidente à la sortie des transformateurs

 

La valeur AFB correspond à la distance en pouces à laquelle un travailleur pourrait avoir une brûlure au deuxième degré guérissable à la suite d’un court-circuit triphasé sur le transformateur.

La dérivation 1 montre un transformateur ayant une protection de 350 ampères en amont, tandis que la dérivation 2 a une protection de 300 ampères, voir la figure 1. En effet, en réduisant le calibre de la protection en amont du transformateur, il est possible de réduire le niveau d’énergie incidente à la sortie du transformateur. Pour cette simulation, le temps de déclenchement de la protection n’a pas été modifié. Un fusible ayant un temps de déclenchement plus rapide réduirait aussi le niveau d’énergie incidente.

La dérivation 3 conserve exactement les mêmes propriétés que la dérivation 2, mais la puissance du transformateur est diminuée à 300 kVA au lieu de 400 kVA, voir la figure 1. Dans ce cas, le transformateur devient surchargé et le niveau d’énergie incidente augmente. Alors, lorsqu’un transformateur est surchargé, il est possible de le remplacer par un transformateur plus gros et par conséquent, le niveau d’énergie incidente diminue.

La dérivation 4 conserve exactement les mêmes propriétés que la dérivation 3, mais l’impédance est augmentée à 7.3 % plutôt que 5.4 %, voir la figure 1. En augmentant l’impédance, les pertes dans le transformateur sont augmentées et le niveau d’énergie incidente est alors augmenté. Il est à noter qu’un transformateur ayant beaucoup servi pourrait avoir une impédance plus élevée que lorsqu’il était neuf.

La dérivation 5 conserve exactement les mêmes propriétés que la dérivation 4, mais avec un ratio de transformation légèrement plus élevé que pour la dérivation 4, voir la figure 1. En d’autres termes, la tension à la sortie est de 460 Volts pour la dérivation 5 au lieu de 480 Volts pour la dérivation 4. Cette différence de 20 Volts augmente beaucoup le niveau d’énergie incidente. En effet, il est passé de 31.3 cal/cm2à 40.6 cal/cm2.

La dérivation 6 conserve exactement les mêmes propriétés que la dérivation 5, mais la charge constituée de deux moteurs de 100 HP chacun est remplacée par une charge purement active de 149.2 kW, voir la figure 1. Une charge purement réelle ou active ne régénère pas d’énergie, elle ne contribue donc pas à augmenter le niveau d’énergie incidente. C’est pour cette raison que le niveau d’énergie incidente est diminué en passant de 40.6 cal/cm2à 22.4 cal/cm2.

Selon les simulations étudiées, la dérivation 5 est celle où le niveau d’énergie incidente est le plus élevé. Admettons que le remplacement du transformateur s’avère coûteux et qu’il n’est pas possible de diminuer le calibre de protection en amont du transformateur puisque la charge ne le permet pas. Il est possible dans ce cas d’ajouter une protection à la sortie du transformateur qui va contribuer à réduire le niveau d’énergie incidente. En effet, la figure 2 montre que le niveau d’énergie incidente est passé de 40.6 cal/cm2à 13.8 cal/cm2.

 

Figure 2: Mesure corrective pour réduire le niveau d’énergie incidente à la sortie des transformateurs

 

Finalement, ce blogue a permis d’en apprendre davantage sur les causes de l’énergie incidente élevée à la sortie des transformateurs et les moyens possibles de la réduire.

Pour plus d’information, communiquez avec nous !

 

Référence :

  • IEEE 1584-2002 – IEEE Guide for Performing Arc Flash Hazard Calculations
  • CSA Z462-2018 – Sécurité en matière d’électricité au travail
  • NFPA 70E-18 – Standard for electrical safety in the workplace

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