Comment concevoir la disposition d'un jeu de barres de sous-station : schémas, dégagements et règles d'espacement

Content

1 Les entrées dont vous avez besoin avant de dessiner quoi que ce soit
2 Choisir le schéma de disposition des jeux de barres
3 Les dégagements et l’espacement façonnent la cour
4 Adaptation du conducteur et de l'isolation au réseau
5 Mise à la terre, accès pour la maintenance et possibilité de croissance
6 Une séquence de conception pratique
7 Là où la disposition des jeux de barres se trompe généralement
8 Foire aux questions

Une cour extérieure de 110 kilovolts mesure 60 mètres de long, la ligne d'arrivée atterrit du côté ouest et le client souhaite deux travées de transformateurs ainsi qu'un espace pour une future troisième. Le schéma unifilaire est approuvé. La question qui bloque le projet pendant une semaine est bien moins glamour : où passe exactement le jeu de barres et de combien de structures de support a-t-il besoin ?

La disposition des jeux de barres est un problème de séquence avant d'être un problème de dessin. Fixez d'abord le dispositif de commutation, verrouillez ensuite les dégagements électriques et placez l'acier et les isolants en dernier. Les équipes qui commencent par le dessin de support le redessinent généralement, car un dégagement qui semble généreux sur une vue en plan survit rarement à un contrôle d'accès de maintenance avec un camion nacelle.

La réponse courte : choisissez la disposition en fonction du niveau de défaut et de la philosophie de maintenance, déduisez l'espacement de la tension du système la plus élevée et du niveau de pollution du site, puis dimensionnez le conducteur en fonction du courant continu et de la tenue aux courts-circuits. Les supports, isolants, tranchées, routes et futures travées découlent de ces trois décisions.

Les entrées dont vous avez besoin avant de dessiner quoi que ce soit

Récupérez-les avant le premier croquis. L’absence de l’un d’entre eux repousse le problème dans la construction, où les corrections coûtent bien plus cher que sur le papier.

Tension nominale et maximale du système, qui détermine le niveau d'isolation et, indirectement, la géométrie de toute la cour.
Courant de bus continu et croissance attendue par le propriétaire au cours des 10 à 15 prochaines années.
Tenue aux courts-circuits : courant efficace et crête, et durée, généralement 1 ou 3 secondes.
Limites du site, emprises existantes et direction dans laquelle entre chaque ligne.
Niveau de pollution et altitude, qui élargissent tous deux les exigences en matière de lignes de fuite et de dégagement.
Plage de température ambiante, vitesse du vent et zone sismique pour le chargement structurel.
Règles de redondance : quels circuits doivent continuer à fonctionner pendant qu'un jeu de barres ou un disjoncteur est maintenu.

Le dernier élément décide de l'argent. Aujourd'hui, un jeu de barres transportant 800 A est toujours conçu pour les 25 kA que le réseau peut fournir, car l'espacement des supports et la charge des isolants proviennent de la force de court-circuit maximale plutôt que du courant de charge. Augmentez le niveau de défaut plus tard et vous reconstruisez l'acier.

Choisir le schéma de disposition des jeux de barres

Cet arrangement est un compromis entre la flexibilité de commutation et le nombre de disjoncteurs, sectionneurs et baies que vous achetez, installez et entretenez sur 30 ans.

Tableau 1 : dispositions courantes des jeux de barres des sous-stations et leurs compromis pratiques.
Disposition	Flexibilité de commutation	Empreinte relative	Ajustement typique	Principal compromis
Jeu de barres simple	Le plus bas ; une panne de bus ou une maintenance de bus interrompt la station	Le plus petit	Petites sous-stations de distribution, sites à transformateur unique	Simple et économique, mais pas de fenêtre de maintenance des bus
Jeu de barres simple with sectionaliser	Modéré ; les sections peuvent être isolées indépendamment	Petit	Sous-stations de distribution avec deux arrivées	Limite la panne, mais ne la supprime pas
Jeu de barres double	Élevé ; n'importe quel départ peut être transféré vers l'un ou l'autre bus	Plus grand, avec bus dupliqué et sectionneurs supplémentaires	Nœuds de transport et sous-stations industrielles importantes	Coût plus élevé et verrouillage plus complexe
Bus principal et de transfert	Modéré ; une ligne d'alimentation se déplace vers le bus de transfert pour la maintenance du disjoncteur	Légèrement plus grand	Sites où la maintenance des disjoncteurs ne doit pas interrompre l'alimentation	La commutation de transfert exige une procédure stricte
Un disjoncteur et demi	Le plus élevé ; n'importe quel disjoncteur peut être retiré sans perdre de circuit	Le plus grand, avec le plus de structures	Nœuds THT et connexions réseau critiques	Coût d’investissement et complexité de protection les plus élevés

En pratique, un seul jeu de barres avec sectionneur couvre la plupart des travaux de distribution de 10 kV à 35 kV. Le double jeu de barres gagne son prix lorsque la perte du bus signifie la perte de la production ou d'un quartier de la ville. Les configurations à un disjoncteur et demi appartiennent aux nœuds où aucun circuit ne peut être désactivé pour maintenir un disjoncteur.

Les dégagements et l’espacement façonnent la cour

Une fois l’agencement fixé, c’est le dégagement qui dessine réellement le plan. Commencez par la tension du système la plus élevée, appliquez les corrections de pollution et d’altitude, puis vérifiez le résultat par rapport à la norme en vigueur.

Tableau 2 : dégagements d'air entre phases typiques pour les jeux de barres isolés dans l'air extérieur ; la norme applicable prévaut toujours.
Tension du système	Jeu minimum entre phases typique	Conséquence pratique pour l'aménagement
10 kV	Environ 200mm	Baies compactes ; les appareillages intérieurs remplacent souvent les jeux de barres ouverts
35 kV	Environ 400 mm	Les baies élancées et les structures de jeux de barres à un seul niveau sont courantes
66 kV	Environ 700 mm	La largeur des baies augmente rapidement ; les structures de support deviennent plus hautes
110 kV	Environ 1000 mm	Implantations à deux niveaux avec jeu de barres au-dessus des sectionneurs
220 kilovolts	Environ 1800 mm	Longues portées, structures lourdes, larges routes d'accès
500 kV	Environ 3800 mm	La planification du chantier est dominée par le dégagement et le corona

Deux conséquences s’ensuivent. Premièrement, une gare de 220 kV fait environ trois fois la largeur d’une gare de 35 kV transportant le même courant. Deuxièmement, la longueur de la travée compte autant que le dégagement. Les isolateurs de poteaux portent généralement des jeux de barres tubulaires rigides sur des portées de 6 à 12 mètres, et la portée doit être suffisamment courte pour que la force de court-circuit maximale ne surcharge pas l'isolateur, le support ou le conducteur lui-même.

Adaptation du conducteur et de l'isolation au réseau

Le choix du conducteur découle de la disposition, et non l'inverse. Lorsque les dégagements sont faciles, les barres omnibus tubulaires en aluminium ou en cuivre nues sur les poteaux isolateurs sont la réponse économique : rigides, faciles à inspecter et simples à étendre lorsqu'une nouvelle baie est ajoutée.

Aluminum Alloy Tubular Bus Bar for High-Voltage Systems

Barre omnibus tubulaire en alliage d'aluminium pour systèmes haute tension Ce jeu de barres tubulaires rigide en alliage d'aluminium 6063G convient aux configurations avec des dégagements importants, offrant une résistance mécanique et une conductivité élevées. Voir le produit →

Lorsque l'espace est restreint, comme une salle d'appareillage intérieure, une baie industrielle compacte, une tour d'éolienne, un tunnel ou une sous-station sur le toit, les conducteurs nus ne peuvent pas respecter l'espace libre dans la largeur disponible. Les barres omnibus tubulaires isolées résolvent ce problème en plaçant l'isolation sur le conducteur au lieu de compter sur l'air, ce qui explique également pourquoi elles sont de plus en plus courantes dans les projets de rénovation avec des dimensions de bâtiment fixes. Le barre omnibus tubulaire entièrement isolée La gamme couvre la plupart de ces contraintes.

Trois systèmes d'isolation traitent la plupart des cas. Les jeux de barres moulés sous vide en résine époxy offrent une coque dure et dimensionnellement stable, adaptée aux environnements humides ou contaminés. Le caoutchouc de silicone EPDM conserve sa flexibilité et absorbe les mouvements thermiques. Le PTFE convient aux applications où la résistance chimique et un petit diamètre sont les plus importants.

Fully Insulated Epoxy Resin Cast Tubular Bus Bar

Barre omnibus tubulaire moulée en résine époxy entièrement isolée Cette barre omnibus moulée en résine époxy entièrement isolée fournit une coque dure et dimensionnellement stable pour les environnements humides ou contaminés dans une utilisation intérieure moyenne et basse tension. Voir le produit →

À moyenne et basse tension à l'intérieur des bâtiments, les systèmes de barres blindées remplacent les chemins de câbles où la flexibilité des dérivations, la dissipation thermique prévisible et la localisation plus facile des défauts comptent plus que le coût initial le plus bas.

Fully Insulated High and Low Voltage Busway System

Système de barres omnibus haute et basse tension entièrement isolé Ce système de barres blindées entièrement isolé offre une conception compacte à enceinte partagée pour la distribution d'énergie, adaptée aux projets de rénovation et d'agrandissement avec des contraintes d'espace. Voir le produit →

Mise à la terre, accès pour la maintenance et possibilité de croissance

La géométrie du jeu de barres et la conception de la mise à la terre doivent évoluer ensemble. L'empreinte du réseau de terre suit le tracé des conducteurs, de sorte qu'un jeu de barres déplacé tardivement dans la conception oblige à refaire l'étude de mise à la terre, et les limites de tension de pas et de contact se resserrent généralement plutôt que de se relâcher.

Gardez les routes d'accès d'une largeur de 3,5 à 4 mètres, avec une zone de virage dégagée au niveau de la baie du transformateur.
Laissez suffisamment de passage pour qu'un technicien puisse actionner les sectionneurs sans entrer dans la zone de dégagement.
Acheminez les tranchées de câbles de manière à ce qu'elles ne se croisent pas sous les supports de jeux de barres qui pourraient devoir être remplacés.
Réservez une baie de rechange ou au moins l'espace physique qui lui est réservé, y compris ses connexions à la terre.

Une séquence de conception pratique

Confirmez les données électriques : tension, courant continu, niveau de défaut et durée.
Sélectionnez la disposition des jeux de barres en fonction des exigences de redondance et non par habitude.
Dérivez les autorisations à partir de la tension du système la plus élevée ainsi que des corrections de pollution et d'altitude.
Dimensionnez le conducteur pour un courant continu et un service thermique en court-circuit.
Réglez la portée et l'espacement des supports à partir de la force de court-circuit maximale.
Placer les supports, fondations, routes et tranchées sur le plan, puis vérifier les accès pour l'entretien.
Vérifiez les zones de protection, le verrouillage et la mise à la terre par rapport à la disposition physique finale.
Revoir le dessin avec l'équipe des opérations avant qu'il ne soit gelé ; ils trouveront le problème d'accès que vous avez manqué.

Là où la disposition des jeux de barres se trompe généralement

Dimensionner le jeu de barres pour le courant de charge uniquement, puis découvrir que l'espacement des supports est régi par la force de défaut.
Utilisation d'une table de dégagement basse altitude sur un chantier au-dessus de 1000 mètres.
Oublier que le niveau de pollution élargit les lignes de fuite, ce qui allonge les isolateurs et élève la hauteur des structures.
Placer un sectionneur là où la poignée de commande se retrouve à l'intérieur du dégagement de sécurité.
Ne laissant aucune place physique pour une future baie, ce qui obligera plus tard à un réaménagement complet de la cour.
Choisir un conducteur flexible là où un jeu de barres tubulaire rigide aurait réduit de moitié la portée et l'acier.

Foire aux questions

Quelle doit être la largeur d’une travée de jeu de barres de sous-station ?

La largeur de la baie dépend normalement du dégagement le plus large dans la baie plus l'espace de travail, et non du diamètre du conducteur. Pour une baie extérieure de 110 kV, 8 à 12 mètres entre les centres de phase sont typiques ; à 35 kV, 3 à 5 mètres suffisent souvent. Vérifiez toujours par rapport à la norme applicable et aux dimensions de l'appareillage de commutation.

Le jeu de barres doit-il être placé au-dessus ou en dessous des sectionneurs ?

Ci-dessus, dans la plupart des conceptions isolées par l'air extérieur, afin que la maintenance d'un sectionneur puisse être effectuée sans s'approcher d'un jeu de barres sous tension. Le compromis réside dans des structures plus hautes et des isolateurs plus longs. Les aménagements à un seul niveau permettent d'économiser de l'acier mais rendent l'accès plus difficile.

Jeu de barres tubulaires rigides ou conducteur flexible ?

Les jeux de barres tubulaires rigides conviennent aux portées courtes et propres et réduisent la hauteur et le nombre de structures. Les conducteurs flexibles supportent mieux les longues portées, les mouvements sismiques et les tassements inégaux des supports. La décision dépend généralement de la longueur de la travée et de la quantité d'acier que vous êtes prêt à construire.

Si la séquence ci-dessus est suivie, le schéma d'implantation cesse d'être une négociation et devient une conséquence des décisions électriques. Commencez par la disposition, dérivez les dégagements, puis dimensionnez le matériel. Si vous travaillez dans un chantier spécifique, nos ingénieurs peuvent examiner votre schéma unifilaire et les contraintes du site et suggérer une combinaison de conducteurs et d'isolation adaptée à l'espace dont vous disposez réellement. Vous pouvez joindre l'équipe via le page de contact .