Appareillage Protection

INTRODUCTIONINTRODUCTION

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

les baisses et manques de tension.

INTRODUCTIONINTRODUCTION

Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par :

Les conséquences de ces perturbations sont multiples :

Le passage du courant dans un fil produit de la chaleur qui échauffe le conducteur selon la relation W=RI2 t.

Il en résulte une élévation considérable de la température pouvant aboutir à la détérioration des isolants, voire à la fusion des conducteurs.

Echauffement :

CONSEQUENCES DES PERTURBATIONSCONSEQUENCES DES PERTURBATIONS

Les conséquences de ces perturbations sont multiples :

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.

Création d’un arc électrique :

CONSEQUENCES DES PERTURBATIONSCONSEQUENCES DES PERTURBATIONS

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.

Dans le cas d’un contacteur ou d’un disjoncteur, laséparation 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’ARCTECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARCTECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC

Coupure d’un courant de 5000 A

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.

Cheminées de soufflage

Contactfixe

Contactmobile

Soufflage par auto-ventilation :

Air froid

Air chaud

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARCTECHNIQUES D’EXTINCTION 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.

Soufflage par fractionnement de l’arc :

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARCTECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC

1

4

3

2

7

6

5

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.

Joues magnétiques

en acier

Contact fixe

Bobine en série avec le circuit des contacts

Contact mobile

Champ magnétiqueproduit par la bobine

Noyan acier en fer doux

Force d'expulsion de l'arc

vers le haut

Intensité du courant à couper

TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARCTECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC

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 PROTECTIONL’APPAREILLAGE DE PROTECTION

L’APPAREILLAGE DE PROTECTIONL’APPAREILLAGE DE PROTECTION

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

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.

La nature des dispositifs de protection dépend  :

L’APPAREILLAGE DE PROTECTIONL’APPAREILLAGE 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 PROTECTIONCARACTERISTIQUES DES APPAREILS DE PROTECTION

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.

CARACTERISTIQUES DES APPAREILS DE PROTECTIONCARACTERISTIQUES DES APPAREILS DE PROTECTION

Protection contre les court-circuits :

Tout appareil assurant la protection contre les court-circuits doit répondre aux conditions suivantes :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

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.

Fonction :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

F1 F1

FUSIBLEFUSIBLE A

PERCUTEUR

Symbole :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

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

LE FUSIBLE

Fonctionnement :

Courbe de fusion :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

In : Courant nominal

Inf : Courant de non fusion

If : Courant de fusion

t (s)

I (A)

Courbe de fusion

Courbe de non fusion

In

Zone indéterminée ( inertie du fusible)

IfInf

0.5

1

10

100

Constitution :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

LE FUSIBLELE FUSIBLE

Constitution :

LE FUSIBLELE FUSIBLE

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).

Conditions d’emploi des cartouches fusible :

Suivant leurs utilisations, deux classes de fusibles peuvent s’employer :

LE SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

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.

Fonction :

LE SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

Ph1 Ph2 Ph3N

1 753

2 4 6 8

13 23

14 24

Circuit decommande

Circuit depuissance

SECTIONNEUR TRIPHASESECTIONNEUR BIPOLAIRE

Symbole :

LE SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

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.

Fonctionnement :

LE SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

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).

Constitution :

Ph1 Ph2 Ph3N

1 753

2 4 6 8

13 23

14 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 SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

LE SECTIONNEURLE SECTIONNEUR

Possibilité de poigné transversale

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Contact auxiliaire à fermeture ( NO )

Contact auxiliaire à ouverture ( NC )

Poigné frontale

EmplacementDes fusibles

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEURL’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEURL’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR

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.

Fonction :

Symbole :

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEURL’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR

1/L

1

3/L

2

5/L

3

2/T

1

4/T

2

6/T

3

L’INTERRUPTEUR SECTIONNEURL’INTERRUPTEUR SECTIONNEUR

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Commande rotative Possibilité de

consignation

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

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.

Fonction :

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

Symbole :

Test

Stop

1 3 5

2 4 6

97

98

95

96

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

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.

Lame après échauffement

Support

Conducteur pour lepassage du courant

Lame à coefficient de dilatation élevé

Lame à coefficient de dilatation nul

Fonctionnement :

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

Courbe de déclenchement :

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

0.3 s1 s

2 s

4 s

10 s

20 s

40 s1 min

2 min

4 min

10 min

20 min

40 min1 h

2 h

0.8 1 10642

Courant de réglage Ir

Temps

Exemple :

Courant de réglage: 3 ASurcharge de 12 A

Temps de déclenchement:Environ 9s

LE RELAIS THERMIQUELE RELAIS THERMIQUE

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Contact auxiliaire à fermeture ( NO )

Contact auxiliaire à ouverture ( NC )

Molette de réglage courant nominal du moteur

Bouton test

Bouton réarmement

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Bouton stop

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

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.

Fonction :

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

Symbole :

93

94

91

922

1

64

53

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

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.

Bobine

Circuit magnétique fixe

Circuit magnétiquemobileEntrefer

Vis de réglage

Ressort derappel

Contactfixe

Contactmobile

Fonctionnement :

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

Courbe de déclenchement :

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

80.8 1 10642

Courant passant / courant de réglage

Temps ( ms)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Exemple :

Courant de réglage: 3 ASurintensité de 9 A

Temps de déclenchement:Environ 15 ms

LE RELAIS MAGNETIQUELE RELAIS MAGNETIQUE

Molette de réglage courant nominal du moteur

Contact NO ou NC partie commande

Bobine

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUESLES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

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.

Fonction :

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUESLES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

Symbole :

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUESLES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

I >

1/L

1

3/L

2

5/L

3

2/T

1

4/T

2

6/T

3

I >I >

Tem

ps

de

déc

len

chem

ent

en s

econ

de

x courant de réglage1001 10

0.001

0.01

10000

1000

100

10

1

0.1

Courbe de déclenchement du  disjoncteur magnétique associé à un relais thermique:

LES DISJONCTEURS MAGNETIQUESLES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

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 MAGNETIQUESLES DISJONCTEURS MAGNETIQUES

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Commande rotative

Possibilité contact de circuit de commande

NO ou NF

Cadenassage

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUELE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

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.

Fonction :

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUELE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

Symbole :

Liaison mécanique Déclencheur magnétique Enveloppe de protection

Levier de commande Déclencheur thermique Accrochage mécanique Pôle de puissance

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUELE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

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.

Fonctionnement :

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUELE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

1 2 3 4 6

200

40

20

10

0,5

0,2

0,05

0,01

0.1

10 20 30 40 80 100

200

300

400

600 I / In

Tem

ps

de d

écle

nch

emen

t en

sec

ond

e

10 000

2000

4000

1000

400

100

80

1

0,02

5

Courbe de déclenchement :Irth:Valeur de réglage du déclencheur thermique

Irm: Valeur de réglage du déclencheur magnétique

Icu: Pouvoir de coupure ultime

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.

LE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUELE DISJONCTEUR MAGNETO-THERMIQUE

LES DISJONCTEURS MOTEURSLES DISJONCTEURS MOTEURS

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

Fonction :

LES DISJONCTEURS MOTEURSLES DISJONCTEURS MOTEURS

Symbole :

LES DISJONCTEURS MOTEURSLES DISJONCTEURS MOTEURS

1/L

1

3/L

2

5/L

3

2/T

1

4/T

2

6/T

3

Tem

ps

de

déc

len

chem

ent

en s

econ

de

x courant de réglage1001 10

0.001

0.01

10000

1000

100

10

1

0.1

Courbe de déclenchement :

LES DISJONCTEURS MOTEURSLES DISJONCTEURS MOTEURS

Irth:Valeur de réglage du déclencheur thermique

Irm: Valeur de réglage du déclencheur magnétique

LES DISJONCTEURS MOTEURSLES DISJONCTEURS MOTEURS

Bornes de raccordement

circuit de puissance

Commande rotative

Cadenassage

Réglage Irm Possibilité contact de circuit de commande

NO ou NF

LE LIMITEUR DE SURTENSIONLE LIMITEUR DE SURTENSION

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 ».

Fonction :

LE LIMITEUR DE SURTENSIONLE LIMITEUR DE SURTENSION

Symbole :

LE LIMITEUR DE SURTENSIONLE LIMITEUR DE SURTENSION

400 V

3~

Rn

Limiteur

Pour que la protection soit correctement assurée, le limiteur doit constituer un point faible dans l'installation.

Fonctionnement :

LE LIMITEUR DE SURTENSIONLE LIMITEUR DE SURTENSION

Echauffement lent et progressif entraînant la détérioration de l’installation.

EFFETS

Disjoncteur ( déclencheur thermique )

Relais thermique

MOYENS DE PROTECTION

Augmentation brutale de la tension due : à de mauvaises manœuvres à des contacts accidentels avec la HT à des conditions atmosphériques

CAUSES

Formation d’un arc électrique avec un échauffement très important.

EFFETS

Disjoncteur ( déclencheur magnétique )FusibleRelais magnétique

MOYENS DE PROTECTION

Elévation brutale du courant absorbé par le circuit due à un contact électrique entre deux conducteurs de polarités différentes.

CAUSES

Claquage de l’isolant pouvant entraîner un court-circuit.

EFFETS

Limiteur de surtensionParafoudreRelais de surtension

MOYENS DE PROTECTION

Déséquilibre d’un réseau triphasé (mauvaise répartition des charges).

CAUSES

Mauvais fonctionnement des récepteurs.

EFFETS

Relais à minimum de tension

MOYENS DE PROTECTION

TABLEAU DES PERTURBATIONSTABLEAU DES PERTURBATIONS

PERTURBATIONS

SURCHARGES

Surabondance momentanée d’appareils d’utilisation. Sur une période donnée, l’énergie consommée dépasse les possibilités du circuit.

CAUSES

COURT-CIRCUITS

SURTENSIONSBAISSE DE TENSION

FINFIN