ISO 9001 N° 1993/1106b Protection des relais statiques contre les court‐circuits Secteur Fusibles I2t fusible < I2t relais Disjoncteur modulaire I2t relais > 5000A2s Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 1/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Sommaire I‐ Coordination avec les dispositifs de protection contre les courts‐circuits (DPCC) page 3 page 4 page 5 page 6 page 7 page 8 page 9 page 10 page 11 page 12 page 13 page 14 page 15 page 16 page 17 page 18 II‐ Protection par fusibles 2 ¾ I t des relais celduc et type de fusibles ¾ Choix de fusible rapides ¾ Fusibles rapides dans les applications chauffage AC‐51 ¾ Choix de fusibles standards ¾ Applications moteurs (AC‐53) et choix des fusibles aM ¾ Rapports de tests celduc dans les laboratories FERRAZ III‐ Protection par disjoncteurs ¾ Courbes de déclenchement ¾ Disjoncteurs courbes Z et choix ¾ Disjoncteurs courbes K et choix ¾ Autres types de courbes : B, C ¾ Applications moteurs AC‐53 et protection par disjoncteurs ¾ Tests celduc tests dans le laboratoire ABB IV‐ Autres charges : lampes infrarouges V‐ Conseils en cas de court‐circuit Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 2/18 ISO 9001 N° 1993/1106b I‐ Coordination avec les dispositifs de protection contre les courts‐circuits (DPCC) Les normes IEC/EN 60947‐4‐x, admettent deux types de coordination, le type 1 ou le type 2. - La coordination de type 1 exige qu’en conditions de court‐circuit, l’appareil ne cause pas de danger aux personnes ou à l’installation et peut ne pas être en état de fonctionnement pour d’autres services sans réparation ou remplacement de pièces. Ö Ce qui signifie que dans le cas de relais statiques avec des charges où le risqué de court‐circuit de la charge est faible, ce type de coordination type 1 est bien adapté. Dans ce cas, l’installateur doit simplement choisir sa protection pour protéger l’installation et les personnes. Par contre en cas de court‐circuit le dispositif de protection, ainsi que le relais devront être changés. - La coordination de type 2 exige qu’en conditions de court‐circuit, l’appareil ne cause pas de danger aux personnes et à l’installation et doit convenir à un usage ultérieur. Pour les gradateurs et contacteurs hybrides, le risque de soudure de contacts est admis, dans ce cas le constructeur doit indiquer les mesures à prendre pour la maintenance du matériel. Ö Ce qui signifie que dans le cas de relais statiques avec des charges où le risque de court‐circuit de la charge est plus élevé, ce type de coordination type 2 doit être choisi. Dans le cas, l’installateur doit adapter le relais et la protection afin que le relais reste opérationnel après un court‐circuit. Les pages suivantes de ce document vous aideront à bien déterminer la protection en fonction du type de relais, mais aussi du courant présumé de court‐circuit de l’installation. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 3/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Fusibles II‐ Protection par fusibles I2t fusible < I2t relais Coordination Type 1: Utiliser des fusibles standards capables de protéger l’installation. En cas de court‐circuit, le relais pourra être endommagé et devra très certainement être remplacé. Dans tous les cas, il devra être testé, y compris en isolement. Coordination Type 2: Utiliser un fusible avec un I2t < I2t SSR Gamme de relais statiques celduc . Grace à une technologie thyristors haute performance (technologie TMS2) , celduc possède la gamme de relais statiques avec des I2t les plus importants du marché (>20000A2s pour les modèles 125A) Courant nominal I2t min (A2s) I2t typ (A2s) 12A 25A 35A 50A 75A 95A 125A 72 312 800 1500 5000 11250 20000 128 600 1250 2500 7200 14400 24000 Pour avoir une bonne coordination la règle de base est la suivante : I2t fusible < ½ I2t typique du relais statique celduc a réalisé beaucoup d’essais de relais dans le laboratoire de FERRAZ. Les spécifications des fusibles sont généralement données dans les conditions les pires avec la tension maximale et avec un courant présumé de court‐circuit défini. Des coefficients de correction peuvent être apportés pour prendre en compte la tension réelle d’utilisation, ………. Pour plus de détails voir les spécifications des constructeurs de fusibles. Pour la sélection des fusibles, un élément important est la fatigue thermique. Pour cette raison, la valeur du courant du fusible doit avoir une bonne marge de sécurité par rapport au courant nominal de la charge. En fonction de la charge et des courants de pointe dans la charge différents types de fusible sont possible : ‐ Fusibles d’usage général (rapide, medium ou temporisé) ‐ Fusibles rapides pour semi‐conducteurs (modèles “GR” or “UR”) ‐ Fusibles de protection moteur : types “aM” Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 4/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Exemples avec fusible rapides FERRAZ (solutions testées avec relais celduc dans le laboratoire FERRAZ) Comparer l’I2t du fusible avec l’I2t typique du relais statique. Appliquer si nécessaire un coeeficient K de correction en fonction de la tension d’utilisation ( voir fig 1). Fig 1 Exemple: gRC50 14x51 : Total I2t @ 690VRMS = 2250A2s En utilisation 400VRMS, K = 0.6 Î I2t devient 1350A2s Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 5/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Applications AC‐51 ( applications chauffage) Protection par fusible rapide en coordination type 2 Examples of choice Courant <8A <15A <25A <30A <55A <70A <90A de charge Courant 12A 25A 35A 50A 75A 95A 125A nominal du relais I2t du 72 312 800 1500 5000 11250 20000 relais (A2s) Exemple gRC12 gRC20 gRC32 gRC40 gRC63 gRC80 URD125 de fusible FERRAZ I2t du 65 175 550 1210 2460 5565 14000 fusible (A2s) avec 100KA @690VAC (*) (*): Avec un courant présumé de court‐circuit et une tension d’utilisation plus faible, l’I2t du fusible sera plus faible. La courbe fig 1 donne un coefficient multiplicateur de 0.6 pour une tension de 400VAC. Des fusibles similaires sont possibles chez d’autres fabricants de fusibles Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 6/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Exemples de protection avec des fusible d’usage général. Une protection correcte peut être faite en coordination type 2, à condition d’avoir une bonne coordination entre l’I2t du fusible et l’I2t du relais. Exemple: Avec un fusible 20A et un relais de 50A (min I2t 1500A2s/typ 2500A2s), la protection est correcte pour une coordination de type 2 et une tension de 400VAC (limite noire) Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 7/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Applications AC‐53 (applications Moteurs) La norme IEC/EN 60947‐4‐x, donne des courants de démarrage Ia = 8 x Ie (courant nominal du moteur ) pendant Ta = 1.6 secondes. celduc a testé des fusible aM taille 14 x 51mm dans le laboratoire Ferraz En function de ces courbes et des essays realizes, celduc conseille: Courant nominal du moteur (AC‐53) Courant de démarrage Relais statique Fusible < 7A <12A <16A < 23A 56A/1.6s 50A aM 12 96A/1.6s 75A aM 20 128A/1.6s 95A aM32 184A/1.6s 125A aM50 Ces combinaisons ont été testées avec succès dans le laboratoire FERRAZ avec un courant présumé de court‐circuit de 100KA et des tensions réseau de 500VAC. Sur demande, nous pouvons vous fournir des résultats d’essais. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 8/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Exemples de tests réalisés dans le laboratoire en FRANCE (Rapport N°13610) Vu sur le montage de test avec une sortie transformateur permettant d’avoir un courant de court‐ circuit présumé de 100KA. 1) Test avec un fusible gRC 25A 14x51mm avec U = 525VRMS, cos phi =0.4 et un relais 50A courant à la fin du préarc : 874A Prearc I2t : 47A2s et I2t total = 286A2s Temps Prearc : 0.18ms Temps total ouverture : 2.58ms ¾ Le relais est fonctionnel après court‐circuit 2) Test avec fusible “aM” pour moteur: am16A avec U = 525VRMS, courant présumé de court‐ circuit : 106000A ; cos phi =0.19 et relais statique 75A . courant à la fin du préarc: 4024A Temps Prearc I2t : 657A2s et I2t total = 1858A2s Temps Prearc : 0.12ms Temps total ouverture: 2.75ms ¾ Le relais est fonctionnel après court‐circuit Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 9/18 ISO 9001 N° 1993/1106b III‐ Protection avec disjoncteurs modulaires Ces disjoncteurs sont donnés pour deux valeurs de courant de coupure qui sont marqués sur le produit : ‐ Valeur Icn en regard de la norme IEC/EN 60898, qui est la valeur maximale de courant de court‐circuit acceptable dans des conditions normales. ‐ Valeur Icu/Ics en regard de la norme IEC/EN 60947‐2, qui est la valeur maximale de courant ultime que le disjoncteur est capable d’ouvrir, mais dans ces conditions après un tel courant de court‐circuit le disjoncteur doit être changé. Généralement, le courant présumé de court‐circuit pour ce type de disjoncteur est limité à 10 KA voir 25KA. Différentes courbes de disjonction sont possibles : courbes B, C, D , K et Z RAPPEL : coordination Type 1: Adapter la protection disjoncteur à l’installation. En cas de court‐circuit le relais peut être endommagé, il sera remplacé. Coordination Type 2: l’I2t “laissé passé” par le disjoncteur doit être inférieur à l’I2t du relais. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 10/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Courbes disjonction MCB (Miniature Circuit Breakers) Limitation de la valeur I2t laissée passée par le MCB Protéger une installation contre un court‐circuit de la charge par un disjoncteur prend un certain temps en fonction des caractéristiques du disjoncteur et la valeur du courant de court‐circuit. Au cours de cette période, une partie ou la totalité des courants de court‐ circuit passe dans le circuit, le paramètre I2t définit l’énergie «laissée‐ passée» dans l’installation pendant la phase d’ouverture du disjoncteur. De cette façon, nous pouvons déterminer la capacité d'un disjoncteur à l’ouverture. Les mécanismes de ces disjoncteurs qui s'ouvrent très rapidement ont les avantages suivants : ‐ Ils limitent le courant crête de court‐circuit, donc les effets thermiques et dynamiques tant sur le coupe‐circuit et sur le circuit protégé ; ‐ Sans réduire la capacité de rupture, ils permettent de réduire la dimension du disjoncteur, donc un gain d’encombrement et de coût. ‐ Ils réduisent considérablement les gaz ionisés émis lors du court‐circuit et donc Ils évitent le risque d'inflammation et les incendies. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 11/18 ISO 9001 N° 1993/1106b celduc a réalisé différent essais dans les laboratoires ABB et la conclusion est qu’une protection court‐circuit est possible en coordination type 2 avec des disjoncteurs rapides associés à des relais statiques fort I2t, tout cela dans la limite de courant présumé de court‐circuit. Les premiers tests ont été réalisés avec des disjoncteurs S280 courbes Z. Les résultats d’essais peuvent être envoyés sur demande clients. S280 characteristics Z 230/400V let‐through energy ( I2t laissé passé) 20 000A2s 11 250A2s 5000A2s 1500A2s Nous pouvons voir qu’avec un relais statique avec un I2t de 5000A2s (typiquement 7200A2s), l’installation et le relais sont correctement protégés avec des disjoncteurs Z10 et Z16 pour un courant présumé de courant Icc < 7KA. Avec un disjoncteur Z40 nous sommes limités à un Icc de 4500A. Pour atteindre des courants présumés de court‐circuit de 10kA, il est nécessaire d’utiliser des relais de calibre 95A avec un i2t > 11250A2s Avec un relais 50A (1500A2s) et un disjoncteur Z16 le courant Icc ne doit pas dépasser 2KA. Conclusion Les disjoncteurs courbes Z définies pour semi‐conducteurs sont bien adaptés aux relais celduc fort I2t. Le problème des courbes Z est qu’ils n’admettent pas beaucoup de courant de surcharge. Ils sont donc mieux adaptés aux charges AC‐51 purement résistives. Z curves specially designed for semiconductors protection are adapted with high I2t celduc SSRs. Pour des charges avec courant d’appel important, il est existe d’autres courbes comme les courbes K. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 12/18 ISO 9001 N° 1993/1106b S280 characteristics K 230/400V let‐through energy ( I2t laissé passé) 20 000A2s 11 250A2s 5000A2s 1500A2s Nous pouvons voir qu’avec un relais ayant un I2t > 5000A2s, nous pouvons protéger correctement l’installation et le relais avec des disjoncteurs K10 et K16 jusqu’à des courants présumés de court‐circuit de 10KA. ………..etc………… Conclusion Les courbes K son tune bonne alternative aux courbes Z Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 13/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Autres disjoncteurs et courbes. ABB MOELLER Schneider Exemple avec courbes B et C SCHNEIDER Avec un MCB 16A courbe B ou C et un relais statique de 5000A2s, il est possible d’atteindre 3KA de courant présumé de court-circuit avec une bonne protection du relais. Par expérience un courant circuit sur une charge type résistance n’est jamais très franc et les courants présumés de court-circuit dépassent rarement 2KA. Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 14/18 ISO 9001 N° 1993/1106b AC‐53 Applications (Motors applications) Pour les applications moteurs, la protection la plus populaire est des disjoncteurs magnétothermiques réalisés pour des coordinations de type 1 ou de type 2. Ces dispositions permettent de protéger l’installation contre les court‐circuit et permettent aussi la protection thermique du moteur. Exemple: PKZM0 MOELLER Dans le cas d’une coordination souhaitée en type 2, nous devons choisir en premier le disjoncteur adapté au type de moteurs avec la bonne valeur de courant. Ensuite nous pouvons vérifier l’I2t laissé passé par le relais en fonction du calibre et du courant présumé de court-circuit. Exemple: Moteur 4 KWatts sous 3 x 400VAC. I AC-53 = 8.5A / Courant démarrage Id = 8x In = 68A Nous pouvons utiliser un PKZM0 - 10A. En fonction du courant de démarrage et de la protection, nous pouvons choisir un relais de calibre 95A avec un I2t mini de 11250A2s. Avec cette configuration, nous pouvons atteindre un courant de court-circuit de 5KA sans risque de détérioration du relais. Un relais SVT868 avec I2t >11250A2s est un bon choix, car il est rare qu’un courtcircuit au niveau d’un moteur entraîne un courant de 5000A. Nous pouvons aussi utiliser un SVT869 avec I2t >20000A2s pour une protection jusqu’à 12kA Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 15/18 ISO 9001 N° 1993/1106b Exemples de tests réalisés dans le laboratoire ABB et des S280Z celduc a été le premier fabricant de relais statiques a introduire des relais fort I2t celduc a une longue experience de protection de ses relais avec des disjoncteurs. Les premiers essais ont été réalisés en 1995 dans le laboratoire ABB en Italie ( ci‐dessous certificat ABB) Grâce aux performances élevées des thyristors de puissance utilisés dans les relais statiques celduc avec la technologie TMS2 et une longue collaboration avec les principaux fabricants de puces thyristors, celduc possède la gamme de relais statique ayant les plus fortes valeurs de I2t du marché (> 20000A2s pour les relais calibre 125A) Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 16/18 ISO 9001 N° 1993/1106b IV‐ Autres Applications (Chauffage avec lampes infrarouges ) Protection coordination type 2 Exemples de choix (Ces valeurs tenant compte de la fatigue thermique des fusible afin de leur assurer une durée de vie suffisante) Courant no I2t du relais relais (A2s) 12A 72 25A 312 35A 800 50A 1500 75A 5000 95A 11250 125A 20000 Ia : lampe infrarouge long Ia= 5xIe Ta = 100ms Ie max = 3.5A gRC12 14 x51 Ie max = 10A gRC25 14 x51 Ie max = 14A gRC32 14 x51 Ie max = 20A gRC50 22 x58 Ie max = 30A gRC63 22 x58 Ie max = 35A gRC80 22 x58 Ie max = 50A URD135 22x58 Ia : lampe infrarouge court Ia= 10xIe Ta = 10ms Ie max = 2A gRC12 14 x51 Ie max = 8A gRC25 14 x51 Ie max = 12A gRC32 14 x51 Ie max = 18A gRC50 22 x58 Ie max = 28A gRC63 22 x58 Ie max = 32A gRC80 22 x58 Ie max = 45 A URD135 22x58 MCB (breaker) solution No solution No solution No solution No solution S280K40 S280K50 S280K63 Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 17/18 ISO 9001 N° 1993/1106b V‐ Que faire après un court‐circuit ? Pendant un court circuit sur un équipement, certains dommages peuvent apparaitre sur une installation. En premier, il faut vérifier l’origine du court‐circuit et faire la réparation nécessaire. Ensuite il faut inspecter l’installation pour vérifier si d’autres dommages n’ont pas été réalisés. Attention, même avec une protection correcte, le nombre de court‐circuit pour un dispositif semi‐ conducteur est limité. Des courts circuits répétés peuvent diminuer l’espérance de vie du semi‐conducteur. De la même façon le nombre de court‐circuit pour un disjoncteur est limité. Nous conseillons : 1‐ De ne pas soumettre un relais statique à plus de 10 courts‐circuits durant toute sa vie 2‐ Avant de remettre le dispositif de protection en état de marche de vérifier le fonctionnement du relais statique. 3‐ En cas de doute, il est préférable de remplacer d’une part le disjoncteur et d’autre part le relais ou contacteur statique Note d’application : protection court circuit des relais statiques 2009/03/31 rev B page 18/18