Chapitre 04 · Sujet 2 sur 4
Composition d'une cabine : cellules et protections
Une cabine client se compose de cellules HT (boucle, protection, comptage), d'un transformateur et d'un départ vers le TGBT, avec des verrouillages et des équipements de sécurité.
Niveau 1
L'essentiel
- Une cabine client contient des cellules HT (armoires métalliques fermées), un transformateur et le départ basse tension vers le TGBT.
- Les cellules de boucle raccordent la cabine au réseau du gestionnaire ; la cellule de protection protège le transformateur ; une cellule de comptage peut mesurer l'énergie en HT.
- Des verrouillages mécaniques empêchent les manœuvres dans le mauvais ordre.
- La cabine contient du matériel de sécurité (schéma, consignes, gants, détecteur de tension…) destiné aux personnes habilitées.
- Votre point de départ d'électricien BT : les bornes BT du transformateur et surtout le TGBT.
Comprendre
Les cellules HT
Une cellule est une armoire métallique qui contient un appareil de coupure et ses accessoires. On les place côte à côte en rangée. On rencontre surtout :
- Cellules de boucle (arrivée et départ) : le réseau HT du gestionnaire est souvent organisé en boucle. Le câble arrive dans une cellule et repart vers la cabine suivante par une autre. Chaque cellule contient un interrupteur-sectionneur et un sectionneur de mise à la terre.
- Cellule de protection du transformateur : elle contient soit un interrupteur associé à des fusibles HT, soit un disjoncteur HT commandé par un relais de protection.
- Cellule de comptage (selon la configuration) : elle contient des transformateurs de mesure qui réduisent tension et courant pour les compteurs.
Sur la face avant, vous voyez un synoptique (petit schéma), des poignées ou leviers de manœuvre, des voyants de présence de tension et des serrures.
Le transformateur et le départ BT
Le transformateur est placé dans un emplacement séparé ou dans une cellule. Ses bornes BT sont reliées par de gros câbles ou par des barres au disjoncteur général du TGBT. Le RGIE impose de pouvoir sectionner le transformateur des deux côtés : en amont (côté HT) et en aval (côté BT).
Les verrouillages
Un verrouillage empêche, par exemple, de fermer le sectionneur de terre tant que l'interrupteur est fermé, ou d'ouvrir la porte d'accès aux fusibles tant que la cellule n'est pas mise à la terre. Certains utilisent des clés prisonnières : une clé ne se libère que si l'appareil est dans la bonne position.
Le matériel de sécurité
Une cabine contient en principe le schéma de l'installation, des consignes, des gants isolants HT, un tapis ou tabouret isolant, une perche, un détecteur de tension HT, et un éclairage. Ce matériel n'est utilisable que par des personnes habilitées et formées.
Sur le terrain
Dans une école à Namur, le professeur vous montre la cabine pendant une visite encadrée. De gauche à droite : deux cellules de boucle, une cellule « protection transfo » avec trois fusibles visibles derrière un hublot, puis le transformateur derrière un grillage. Au mur, le schéma unifilaire de la cabine et le registre des manœuvres. Vous repérez les câbles BT qui sortent du transformateur vers le local TGBT : c'est là que commence votre travail.
Erreurs fréquentes
- Croire qu'une cellule dont l'interrupteur est ouvert est hors tension : les câbles d'arrivée de boucle restent alimentés par le réseau.
- Penser que les voyants de présence de tension suffisent à prouver l'absence de tension : seule une vérification réglementaire par une personne habilitée le permet.
- Forcer ou contourner un verrouillage « pour aller plus vite ».
- Utiliser le matériel de sécurité de la cabine (gants, perche) sans formation ni habilitation.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Une cabine client type comprend : 2 cellules de boucle, 1 cellule de protection générale (interrupteur-fusibles ou disjoncteur + relais), éventuellement 1 cellule de comptage HT, le ou les transformateurs, et le disjoncteur général BT.
- Interrupteur, sectionneur et disjoncteur ont des pouvoirs de coupure différents : seul le disjoncteur coupe un court-circuit ; le sectionneur ne coupe pas de courant.
- La protection du transformateur doit laisser passer le courant d'enclenchement, couper les défauts internes et côté BT, et rester sélective avec le disjoncteur général BT.
- Les exigences de protection imposées au client sont fixées par le gestionnaire de réseau dans ses prescriptions techniques.
Approfondir
Appareils de coupure
| Appareil | Coupe le courant de charge | Coupe le court-circuit | Fonction de sectionnement |
|---|---|---|---|
| Sectionneur | Non | Non | Oui |
| Interrupteur-sectionneur | Oui | Non | Oui |
| Interrupteur + fusibles (combiné) | Oui | Oui, par les fusibles | Oui |
| Disjoncteur (débrochable ou associé à un sectionneur) | Oui | Oui | Selon montage |
| Sectionneur de terre | Non | Non (pouvoir de fermeture sur court-circuit selon modèle) | Met à la terre et en court-circuit |
Les raccordements de tout transformateur HT/BT sont pourvus de dispositifs de sectionnement en amont et en aval (RGIE, Livre 1, 5.3.3.1, a.2) : on doit pouvoir isoler le transformateur du réseau HT et du TGBT, ce qui compte aussi face aux réalimentations par le secondaire.
L'isolation des cellules modernes est réalisée dans l'air, dans un gaz isolant ou dans une résine. Le SF6, longtemps utilisé, est un gaz à effet de serre très puissant. Le règlement (UE) 2024/573 sur les gaz fluorés, directement applicable en Belgique, interdit la mise en service de nouveaux appareillages moyenne tension utilisant de tels gaz depuis le 1er janvier 2026 jusqu'à 24 kV, et à partir du 1er janvier 2030 de 24 à 52 kV, avec des exceptions limitées (article 13). Les cellules existantes au SF6 restent en service, mais leur gaz doit être géré par du personnel compétent.
Protection par fusibles HT
Simple et économique pour les puissances modestes. Les fusibles HT associés (à percuteur) font ouvrir l'interrupteur sur les trois phases dès qu'un fusible fond, ce qui évite la marche sur deux phases. Le calibre se choisit dans les tableaux du fabricant en fonction de la puissance et de la tension du transformateur : il doit tenir le courant d'enclenchement et la surcharge admise, tout en éliminant un court-circuit aux bornes BT.
Protection par disjoncteur et relais
Pour des puissances plus élevées ou quand le gestionnaire l'exige, on utilise un disjoncteur HT commandé par un relais alimenté par des transformateurs de courant (TC). Fonctions courantes, désignées par leur code ANSI :
- 51 : maximum de courant temporisé (surcharge, défaut éloigné) ;
- 50 : maximum de courant instantané (court-circuit franc) ;
- 51N / 50N : défaut à la terre (courant résiduel ou homopolaire).
S'y ajoutent les protections propres au transformateur (température, et pour un transformateur à huile hermétique : gaz, pression, niveau). Voir Le transformateur.
Contraintes de réglage
Le réglage doit respecter trois bornes :
- rester au-dessus du courant d'enclenchement du transformateur (courant magnétisant de forte amplitude, plusieurs fois le courant nominal, qui s'amortit en quelques dixièmes de seconde) ;
- rester sélectif avec le disjoncteur général BT, pour qu'un défaut sur un départ BT ne coupe pas toute la cabine (voir Sélectivité) ;
- rester sélectif avec la protection du gestionnaire en amont, qui impose souvent des valeurs maximales.
Le courant de court-circuit au secondaire, ramené au primaire par le rapport de transformation, est une donnée clé de cette étude.
Exemple chiffré
Transformateur 630 kVA, 11 kV / 400 V, ucc = 4 %. On étudie les ordres de grandeur pour régler un relais de protection côté HT.
- Courant nominal primaire : I1n = 630 000 / (√3 × 11 000) = 33,1 A.
- Choix des TC : un rapport 50/1 A convient (33,1 A reste dans la plage de mesure).
- Seuil 51 réglé, à titre d'exemple, à 1,2 × I1n = 1,2 × 33,1 = 39,7 A. Au secondaire des TC : 39,7 × 1 / 50 = 0,79 A.
- Court-circuit triphasé aux bornes BT (réseau amont supposé de puissance infinie) : I2n = 630 000 / (√3 × 400) = 909,3 A ; Icc = I2n / ucc = 909,3 / 0,04 = 22 733 A ≈ 22,7 kA.
- Ce même défaut vu du côté HT : 22 733 × 400 / 11 000 = 826,7 A, soit 826,7 / 33,1 ≈ 25 fois I1n.
Lecture : un défaut aux bornes BT fait circuler environ 827 A côté HT. Le seuil instantané 50 doit être placé en tenant compte de ce courant, du courant d'enclenchement et de la sélectivité avec le disjoncteur général BT. Le réglage définitif résulte d'une étude de sélectivité et doit respecter les exigences du gestionnaire de réseau ; il n'est jamais improvisé.
Erreurs fréquentes
- Confondre interrupteur et disjoncteur : un interrupteur seul n'élimine pas un court-circuit.
- Oublier le courant d'enclenchement : la protection déclenche à chaque mise sous tension du transformateur.
- Régler la protection HT sans regarder le disjoncteur général BT : un défaut sur un départ BT coupe tout le bâtiment.
- Oublier que l'Icc calculé avec un réseau amont infini est un majorant : le vrai courant est un peu plus faible, ce qui compte pour les déclenchements en Icc minimal.