L'appareillage de protection

INTRODUCTION Le problème de la protection des installations consiste à définir la nature des perturbations contre lesquels on doit se protéger, puis à choisir l’appareil capable de les détecter et capable de les supprimer.

 les surintensités ( surcharges ou court-circuits )  les surtensions INTRODUCTION Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par :  les surintensités ( surcharges ou court-circuits )  les surtensions  les baisses et manques de tension.

CONSEQUENCES DES PERTURBATIONS Les conséquences de ces perturbations sont multiples : Echauffement : Le passage du courant dans un fil produit de la chaleur qui échauffe le conducteur selon la relation W=RI2  t. Il en résulte une élévation considérable de la température pouvant aboutir à la détérioration des isolants, voire à la fusion des conducteurs.

CONSEQUENCES DES PERTURBATIONS Les conséquences de ces perturbations sont multiples : Création d’un arc électrique : A la séparation de deux pièces sous tension d’un appareil de coupure, il se crée une ionisation de l’air, celle-ci engendre la création d’un arc électrique parcouru par le courant à couper. Cette ionisation est due à la distance très faible entre les contacts. La température de l’arc, compris entre 2500°C et 5000°C, à pour effet de volatiliser le métal des contacts et peut provoquer des brûlures graves pour le personnel d’exploitation.

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC Dans le cas d’un contacteur ou d’un disjoncteur, la séparation des contacts doit provoquer la coupure du courant, même si celui-ci est très élevé. Il faut donc faire appel à différentes techniques de coupure de l’arc.

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC Coupure d’un courant de 5000 A

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC Soufflage par auto-ventilation : Lorsque l’arc jaillit, à cause de sa température élevée, l’air chaud s’échappe à la partie supérieure. Il est remplacé par de l’air frais, non ionisé, qui refroidit l’arc. Air froid Air chaud

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC Soufflage par fractionnement de l’arc : L’arc s’allonge et rencontre des pièces métalliques. Il est fractionné en de nombreux petits arcs et s’éteint de lui-même.

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC Soufflage magnétique : Une bobine placée en série dans le circuit est parcourue par le courant à couper; elle crée un champ magnétique qui provoque ( règle des trois doigts ) une force de bas en haut sur le courant d’arc.

L’APPAREILLAGE DE PROTECTION Destinés à éviter que les matériels ne soient parcourus par des courants nuisibles à eux-mêmes et leur environnement, les dispositifs de protections doivent :  détecter les surintensités,  couper en charge le circuit.

L’APPAREILLAGE DE PROTECTION La mise en œuvre de la protection des installations électriques nécessite différents appareils dont les fonctions spécifiques doivent être parfaitement maîtrisées.

L’APPAREILLAGE DE PROTECTION La nature des dispositifs de protection dépend  :  du type de protection visé :  protection contre les surcharges  protection contre les court-circuits  protection conjointe contre les surcharges et court-circuits  de leur capacité à assurer cette protection.

CARACTERISTIQUES DES APPAREILS DE PROTECTION Protection contre les surcharges : Le bon fonctionnement d’un appareil de protection contre les surcharges exige une coordination entre la canalisation et le dispositif de protection ().

CARACTERISTIQUES DES APPAREILS DE PROTECTION Protection contre les court-circuits : Tout appareil assurant la protection contre les court-circuits doit répondre aux conditions suivantes :  son pouvoir de coupure doit être au moins égal au courant de court-circuit,  son temps de coupure ne doit pas être supérieur au temps de fusion des conducteurs.

LE FUSIBLE

LE FUSIBLE Fonction : Le fusible est un appareil de connexion dont la fonction est d’ouvrir, par la fusion d’un ou de plusieurs de ses éléments conçus et calibrés à cet effet, le circuit dans lequel il est installé.

Symbole : FUSIBLE A PERCUTEUR

LE FUSIBLE Fonctionnement : Le fusible doit interrompre le courant lorsque celui-ci dépasse pendant un temps déterminé une valeur donnée.

Courbe de fusion : LE FUSIBLE In : Courant nominal If : Courant de fusion Inf : Courant de non fusion

LE FUSIBLE Constitution :

LE FUSIBLE Constitution :

Conditions d’emploi des cartouches fusible : LE FUSIBLE Conditions d’emploi des cartouches fusible : Suivant leurs utilisations, deux classes de fusibles peuvent s’employer :  gG ( gL ou gI ) : Fusible d’usage général. Utilisé dans les installations domestiques.  aM : Fusible accompagnement moteur. Prévu uniquement pour la protection des appareils à caractère inductif (MAS, transformateur, etc.). Ils laissent passer la pointe de courant durant le régime transitoire (démarrage).

LE SECTIONNEUR

LE SECTIONNEUR Fonction : Le sectionneur est un appareil mécanique de connexion capable d’ouvrir et de fermer un circuit lorsque le courant est nul ou pratiquement nul, afin d’isoler la partie de l’installation en aval du sectionneur.

LE SECTIONNEUR Symbole :

LE SECTIONNEUR Fonctionnement : Il permet d’interrompre la continuité de service ( mise hors tension de l’alimentation ). Le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure. Il ne doit jamais être manœuvré en charge.

LE SECTIONNEUR Constitution : Les contacts auxiliaires permettent de couper le circuit de commande avant le circuit de puissance (pas de coupure en charge). On les appellent aussi contacts de pré-coupure (contact 13-14, contact 23-24). Les contacts principaux permettent d’assurer le sectionnement de l’installation. Ils servent aussi de portes fusibles ( contacts 3,5,7 ). La poignée de commande peut être verrouillée en position ouverte par un cadenas ( consignation ).

LE SECTIONNEUR Contact auxiliaire à ouverture ( NC ) Contact auxiliaire à fermeture ( NO ) Emplacement Des fusibles Poigné frontale Possibilité de poigné transversale Bornes de raccordement circuit de puissance

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR Fonction : Les interrupteurs-sectionneurs satisfont les applications d’interrupteurs par la fermeture et la coupure en charge de circuits résistifs ou mixtes, résistifs et inductifs, ceci pour des manœuvres fréquentes.

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR Symbole :

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR Bornes de raccordement circuit de puissance Possibilité de consignation Commande rotative

LE RELAIS THERMIQUE

LE RELAIS THERMIQUE Fonction : Le relais de protection thermique est destiné à la protection des circuits et des moteurs contre les surcharges, les coupures de phases, les démarrages trop long et les calages prolongés du moteur.

LE RELAIS THERMIQUE Symbole :

LE RELAIS THERMIQUE Fonctionnement : Le relais thermique utilise la propriété d’un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation différents. Il s’incurve lorsque sa température augmente.

LE RELAIS THERMIQUE

Courbe de déclenchement : LE RELAIS THERMIQUE Courbe de déclenchement : Exemple : Courant de réglage: 3 A Surcharge de 12 A Temps de déclenchement: Environ 9s

LE RELAIS THERMIQUE Bornes de raccordement circuit de puissance Molette de réglage courant nominal du moteur Bouton stop Bouton test Bouton réarmement Contact auxiliaire à ouverture ( NC ) Contact auxiliaire à fermeture ( NO ) Bornes de raccordement circuit de puissance

LE RELAIS MAGNETIQUE

LE RELAIS MAGNETIQUE Fonction : Le relais de protection magnétique est destiné à la protection des circuits et des moteurs sans pointe de courant ( départs, résistances ) ou au contrôle des pointes de démarrage des moteurs à bagues. Il détecte les surintensités dépassant le niveau de réglage.

LE RELAIS MAGNETIQUE Symbole :

LE RELAIS MAGNETIQUE Fonctionnement : En cas de surintensité, l’armature mobile est attiré et commande l’ouverture des contacts. Le réglage du courant de déclenchement s’effectue en diminuant ou en augmentant l’entrefer.

Courbe de déclenchement : LE RELAIS MAGNETIQUE Courbe de déclenchement : Exemple : Courant de réglage: 3 A Surintensité de 9 A Temps de déclenchement: Environ 15 ms

Molette de réglage courant nominal du moteur LE RELAIS MAGNETIQUE Bobine Contact NO ou NC partie commande Molette de réglage courant nominal du moteur

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUES Fonction : Les disjoncteurs magnétiques protègent contre les courts-circuits. Ils sont à associer à des relais de protection thermique pour protéger l’installation contre les surcharges.

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUES Symbole :

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUES Courbe de déclenchement du  disjoncteur magnétique associé à un relais thermique: Irth:Valeur de réglage du Relais thermique Irm:Valeur de réglage du disjoncteur magnétique Il est obligatoirement associé à un relais thermique. Sauf dans le cas d’une utilisation en moto variateur.

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUES Possibilité contact de circuit de commande NO ou NF Bornes de raccordement circuit de puissance Commande rotative Cadenassage

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE Fonction : Le disjoncteur magnéto-thermique est destiné à protéger l’installation contre les surcharges et les court-circuits et permet la coupure de l’installation en charge.

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE Symbole :  Déclencheur thermique  Accrochage mécanique  Pôle de puissance  Levier de commande  Déclencheur magnétique  Liaison mécanique  Enveloppe de protection

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE Fonctionnement : Lorsqu’un défaut survient en aval du disjoncteur, les déclencheurs ( thermique ou magnétique ) provoquent l’ouverture des pôles de puissance afin d’interrompre l’alimentation du circuit en défaut.

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE Courbe de déclenchement : Irth:Valeur de réglage du déclencheur thermique I : Courant permanent. In : Courant nominal du dispositif de protection. Icu : Valeur maximale du courant d’emploi qu’un appareil est capable de couper dans des conditions d’emplois spécifiées sans subir de détérioration, ni donner lieu à des manifestations extérieures nuisibles. Son unité est le kA. Irm: Valeur de réglage du déclencheur magnétique Icu: Pouvoir de coupure ultime

LES DISJONCTEURS MOTEURS

LES DISJONCTEURS MOTEURS Fonction : Le disjoncteur moteur ( magnéto-thermique ) est destiné à protéger les moteurs contre les surcharges et les court-circuits et permet la coupure en charge.

LES DISJONCTEURS MOTEURS Symbole :

LES DISJONCTEURS MOTEURS Courbe de déclenchement : Irth:Valeur de réglage du déclencheur thermique Irm: Valeur de réglage du déclencheur magnétique

LES DISJONCTEURS MOTEURS Possibilité contact de circuit de commande NO ou NF Bornes de raccordement circuit de puissance Réglage Irm Commande rotative Cadenassage

LE LIMITEUR DE SURTENSION

LE LIMITEUR DE SURTENSION Fonction : Le limiteur de surtension est un appareil qui permet d’établir une liaison directe entre les conducteurs et la terre avant l’apparition d’une tension dangereuse dite « tension d'amorçage ».

LE LIMITEUR DE SURTENSION Symbole :

LE LIMITEUR DE SURTENSION Fonctionnement : Pour que la protection soit correctement assurée, le limiteur doit constituer un point faible dans l'installation.

TABLEAU DES PERTURBATIONS Disjoncteur ( déclencheur magnétique ) Fusible Relais magnétique MOYENS DE PROTECTION Disjoncteur ( déclencheur thermique ) Relais thermique MOYENS DE PROTECTION Limiteur de surtension Parafoudre Relais de surtension MOYENS DE PROTECTION Claquage de l’isolant pouvant entraîner un court-circuit. EFFETS Mauvais fonctionnement des récepteurs. EFFETS Relais à minimum de tension MOYENS DE PROTECTION Elévation brutale du courant absorbé par le circuit due à un contact électrique entre deux conducteurs de polarités différentes. CAUSES Formation d’un arc électrique avec un échauffement très important. EFFETS Surabondance momentanée d’appareils d’utilisation. Sur une période donnée, l’énergie consommée dépasse les possibilités du circuit. CAUSES Déséquilibre d’un réseau triphasé (mauvaise répartition des charges). CAUSES Echauffement lent et progressif entraînant la détérioration de l’installation. EFFETS Augmentation brutale de la tension due :  à de mauvaises manœuvres  à des contacts accidentels avec la HT  à des conditions atmosphériques CAUSES BAISSE DE TENSION SURTENSIONS COURT-CIRCUITS SURCHARGES

FIN

Il y a deux types de surintensités : LES SURINTENSITES Il y a deux types de surintensités :  les surintensités passagères, liées aux fonctionnement normal de l’installation; Elles ne doivent pas provoquer de fonctionnement du dispositif de protection, pour le démarrage, la mise sous tension de tube fluo, etc.

Il y a deux types de surintensités : LES SURINTENSITES Il y a deux types de surintensités :  les surintensités anormales, dues aux surcharges et aux court-circuits : Les surcharges : Elles proviennent d’un dysfonctionnement de l’installation et doivent provoquer le coupure du système de protection.

Il y a deux types de surintensités : LES SURINTENSITES Il y a deux types de surintensités :  les surintensités anormales, dues aux surcharges et aux court-circuits : Les court-circuits : Ce sont également des surintensités, mais elles sont très importantes. Le courant de court-circuit ( Icc ) n’est limité que par l’impédance de la ligne.

 des manœuvres sur la ligne HT,  des perturbations atmosphériques. LES SURTENSIONS Les surtensions peuvent avoir comme origines :  des manœuvres sur la ligne HT,  des perturbations atmosphériques. Les surtensions dues aux manœuvres sur les lignes proviennent souvent d’une commutation au niveau des transformateurs d’alimentation, ou la mise en service de machines tournantes fortement selfiques. Une onde de choc est créée, produisant une surtension locale de 4 ms à 5 ms pouvant atteindre 5 millions de volt, et entraînant le claquage de tous les isolants. Sur les lignes électriques, elles sont surtout dues à des coups de foudre. On les appelle surtensions d’origine atmosphérique.

LES BAISSES DE TENSIONS Lors d’un déséquilibre d’un réseau triphasé, dans le cas d’une mauvaise répartition des charges, ou par suite de la rupture d’une phase, ou de la mise à la terre, on constate des baisses de tension; La baisse de tension a comme effet un mauvais fonctionnement des récepteurs, pouvant induire un échauffement excessifs des conducteurs.

Le milieu ne conduit plus par contact mais par disruption. L’ARC ELECTRIQUE A la séparation de deux pièces sous tension, il y a création d’un arc électrique produit par l’ionisation de l’air. Cette ionisation est due au fait que la distance entre les deux contacts étant très faible, il y a création d’un champ électrique très intense. Le milieu ne conduit plus par contact mais par disruption. A mesure de l’éloignement des électrodes, la tension augmente alors que l’intensité diminue jusqu’à l’extinction de l’arc.

Essai de coupure d’un courant de 5000A L’ARC ELECTRIQUE Essai de coupure d’un courant de 5000A

Une formule empirique définie la tension d’arc : L’ARC ELECTRIQUE Une formule empirique définie la tension d’arc : Facteurs favorisant l’arc électrique :  b : Chute de tension à l’électrode négative ( V )  a : Chute de tension par unité de longueur ( V/m )  l : Distance entre les électrodes ( mm )  la tension à couper  la nature des électrodes ( facteur b) Plus la tension est élevée, plus la longueur de l’arc est importante  la nature du diélectrique ( facteur a) La chute de tension à l’électrode négative et directement liée au matériaux et à l’état de surface. Si les qualités diélectriques de l ’isolant ne sont pas suffisantes, il y a conduction de l ’isolant.  la distance entre les électrodes  Le courant alternatif est plus difficile à couper que le courant continu.

PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES Le courant nominal ou de réglage IN du dispositif de protection doit être compris entre le courant d’emploi IB et le courant admissible dans la canalisation IZ. Voir cours sur la section des câbles

POUVOIR DE COUPURE C’est le courant maximal que peut couper un appareil de commande ou de protection sous sa tension nominale. La coupure est effective lorsque la tension de rétablissement ne provoque le réamorcage de l’arc. On l’exprime en kiloampère ( kA ).