Solution envisagée

IV.2.1Principe de l’idée

Dans une installation Shore typique représentée dans la Figure IV.1, le courant de sortie I₂ de l’installation Shore (coté moyenne tension du transformateur élévateur) peut être exprimé en fonction du courant de sortie des GFCs par la formule suivante:

2 2 1

1 I N I

N ⋅ = ⋅ (IV.1)

où N₁ et N₂ sont respectivement le nombre de spires au primaire et au secondaire du transformateur élévateur. 1 2 1 2 I N N I = ⋅ (IV.2)

Figure IV.1: Représentation complète du système Shore [ION 13] Ainsi en cas de court-circuit, la formule IV.2 se décline de la manière suivante:

2

I étant le courant de court-circuit MT - I_cc−MT «vu» par le navire;

1

I étant le courant de court-circuit des GFCs - I_cc−GFCs;

On obtient: _{cc GFCs} 2 1 MT cc I N N I ₋ = ⋅ ₋ (IV.3)

Comme il a été vu précédemment, le courant de court-circuit des GFCs est limité à une valeur fixe déterminé par les limites physiques des convertisseurs. L’idée pour

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augmenter le courant de court-circuit de sortie I_cc−MT est de modifier le rapport de transformation pendant la période de court-circuit. En effet, si l’on double le nombre

de spires au primaire ( ' ₁

1 2 N

N = ⋅ ), le nouveau courant de sortie I^'cc−MTest double:

MT cc GFC cc 2 1 MT cc ' I 2 I N N 2 I − = ^⋅ ⋅ ₋ = ⋅ ₋ (IV.4)

Le principe de l’idée est donc d’utiliser un transformateur avec un nombre de spires supplémentaires sur les enroulements primaires et d’ajouter ces spires supplémentaires uniquement en cas de court-circuit.

Le schéma électrique triphasé simple de la solution imaginée pour le transformateur élévateur est présenté dans la Figure IV.2:

La structure standard du transformateur a été modifiée en ajoutant un enroulement primaire supplémentaire, l’enroulement E₂, et ceci pour chaque phase;

Les enroulements primaires E₂ vont être couplés ou découplés avec des interrupteurs basse tension;

Le couplage triangle des enroulements primaires est conservée, ainsi que le transformateur aura une connexion triangle;

Le secondaire n’est pas affecté par la modification de la structure.

a) Régime nominal b) Régime de court-circuit Figure IV.2: Structure électrique triphasé du transformateur spécial

En régime nominal, les enroulements E₁sont alimentés avec la tension et le courant nominal, les enroulements E₂ étant à vide. Le parcours du courant est indiqué par la ligne pointillée (Figure IV.2 a)).

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(Figure IV.2 b)). Durant cette période, les deux enroulements sont mis en série et alimentés par la tension primaire. En doublant les nombres de spires, le rapport de transformation se va changer et modifiera le courant secondaire.

IV.2.2Test en simulation du principe

Pour la démonstration du principe de modification des spires dans l’augmentation du courant de court-circuit, la modélisation électrique de la station Shore doit simplement représenter la limitation du courant de court-circuit des GFCs, les spires additionnelles au primaire du transformateur et la commutation des spires additionnelles au primaire lors du court-circuit. Dans cette première approche, les transitoires électriques ne sont pas prises en compte.

Figure IV.3: Modèle simple du système Shore équipé d’un transformateur double enroulement

Le modèle global du système Shore-Navire a été développé sous ATP-EMTP. L’architecture du système est représentée sur la Figure IV.3:

Le modèle des GFC utilisé est celui-ci détaillé au paragraphe II.3;

Le modèle du transformateur est constitué de trois transformateurs monophasés idéals (la partie magnétique du transformateur est négligée). Au primaire, les enroulements peuvent être alimentés indépendant ou en série et au secondaire les bornes sont connectées en parallèles;

Des interrupteurs parfaits sont utilisés pour modifier la configuration du transformateur. Pour chaque phase, des interrupteurs K₁et K_{2 permettent le}

changement de configuration des enroulements primaires. En régime nominal, pour n’utiliser que l’enroulement E₁, K₁ est fermé et K₂ ouvert. Pour basculer les enroulements en cas de court-circuit, K₁ est ouvert et simultanément K₂

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Pour simuler le basculement des enroulements après apparition d’un court-circuit coté navire, le scénario utilisé est détaillé dans la Figure IV.4.

Figure IV.4: Scénario de simulation d’un court-circuit

Pendant que le circuit est présent en aval du système Shore, le courant de court-circuit en sortie des convertisseur augmente de sa valeur nominale (t= [0.28 – 0.3]s) à la valeur de limitation imposée par les boucles internes de régulation des convertisseurs GFC amont (t=[0.3–0.4]s). Le changement du rapport de transformation à t= 0.35s ne modifie pas le courant en sortie du bloc GFC qui reste autour de la valeur limite (Figure IV.5). La surintensité apparue à l’instant 0.3 s est une oscillation numérique, provoquée par la fermeture des interrupteurs que simule le court-circuit.

(f ile chap6_transf osimple.pl4; x-v ar t) c:X0006A-P1A c:X0006B-P1B c:X0006C-P1C t: I1

0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 [s] 0,44 -25 -12 1 14 27 40 *103

Figure IV.5: Courant primaire triphasé et sa valeur efficace

Lorsque l’on observe, sur la Figure IV.6, l’impact de la modification du rapport de transformation à t=0.35ssur le courant de sortie coté moyenne tension, on voit que le courant de court-circuit passe d’une valeur crête de 350 A à une valeur de 700 A.

(file chap6_transfosimple.pl4; x-var t) c:X0003A-S1A c:X0003B-S1B c:X0003C-S1C t: I2

0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 [s] 0,44 -1400 -1050 -700 -350 0 350 700 1050 1400

Figure IV.6: Courant secondaire triphasé et sa valeur efficace

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enr cc enr

cc I

I _{_2} =2⋅ _{_1} (IV.5)

La simulation sur ATP-EMTP de l’utilisation d’un enroulement supplémentaire au primaire du transformateur pour le renforcement du courant de court-circuit montre donc que le principe fonctionne. L’investigation peut donc être menée de manière plus approfondie.