Tp Benaired(1)

Ministre de l'Enseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique

Centre Universitaire de Relizane Institut des Sciences et de la Technologie

Dpartement de Gnie Electrique

Schmas et Appareillages lectriques

Commande des systmes lectriques 1re

anne Master

Dr. BENAIRED Noreddine Anne : 2014

Cours Schmas et appareillages lectriques Master Commande des systmes lectriques

Centre universitaire de Relizane BENAIRED NOREDDINE

SOMMAIRE

I. GENERALITES............................................................................................................. 02 II. CHOIX ET CLASSIFICATIONS DE LAPPAREILLAGE ....................................... 02 III. CONTACT ELECTRIQUE........................................................................................... 05 IV. PHENOMENES LIES AU COURANT ET A LA TENSION ELECTRIQUES.......... 06 1. Les surintensits............................................................................................... 06 a. La surcharge.................................................................................................. 06 b. Le court-circuit............................................................................................... 07 2. Les surtensions ................................................................................................ 08 2.1 Types de surtension dans les rseaux lectriques....................................... 09 3. Les efforts lectrodynamiques.......................................................................... 10 4. Rigidit dilectrique........................................................................................... 10 5. Isolant lectrique................................................................................................ 10 6. Claquage lectrique............................................................................................ 11 7. Ionisation des gaz.............................................................................................. 11 V. PHENOMENES DINTERRUPTION DU COURANT ELECTRIQUE...................... 12 1. Dfinition de larc lectrique ............................................................................ 12 2. Naissance d'un arc lectrique la coupure d'un circuit .................................... 12 3. Etude temporelle de la tension d'arc en courant alternatif ............................... 13 4. Coupure avec larc lectrique ........................................................................... 14 5. Inconvnients, dangers de l'arc lectrique ........................................................ 14 6. Processus de coupure avec larc lectrique ...................................................... 14 7. Les milieux de coupure ..................................................................................... 15 8. Diffrentes techniques de coupure de larc ...................................................... 16 VI. FONCTIONS DE LAPPAREILLAGE ELECTRIQUE ............................................. 18 A. APPAREILLAGES DE CONNEXION ET DE SEPARATION ........................................... 18 1. Contacts permanents ............................................................................ 18 2. Bornes de connexion ............................................................................ 18 3. Prises de courant (basse tension) ......................................................... 18 4. Les sectionneurs .................................................................................. 19 B. APPAREILLAGES DINTERRUPTION ..................................................................... 22 1. Les interrupteurs ............................................................................... 22


Centre universitaire de Relizane BENAIRED NOREDDINE

2. Les interrupteurs-sectionneurs .......................................................... 22 3. Les contacteurs ................................................................................. 23 C. APPAREILLAGES DE PROTECTION ....................................................................... 29

1. Fusible .............................................................................................. 29 2. Relais thermique .............................................................................. 35 3. Relais magntique (lectromagntique) ........................................... 40 4. Relais magntothermique ................................................................. 41 5. Discontacteurs .................................................................................. 41 6. Le Disjoncteur magntothermique ................................................... 42

VII ELABORATION DES SCHEMAS ELECTRIQUES ................................................. 51 1. Normalisation ................................................................................... 51 2. Schma lectrique. ............................................................................ 51 3. Classification des schmas ............................................................... 51 4. Identification des lments .............................................................. 55 5. Reprage des conducteurs sur les schmas ...................................... 61 VIII TRAVAUX PRATIQUES .......................................................................................... 63


Centre universitaire de Relizane BENAIRED NOREDDINE 1

COURS APPAREILLAGES ET SCHEMAS ELECTRIQUES

Conu pour faciliter la comprhension, lapprentissage ainsi que la rvision, ce support propose un cours simple pour accompagner les tudiants de la premire anne Master spcialit : gnie lectrique, option : Commande des systmes lectriques jusqu lexamen. Ce support de cours rassemble les connaissances essentielles en traitant le fonctionnement, la constitution, la technologie et la mise en uvre du matriel lectrique utilis dans les rseaux lectriques (transport, distribution, rseaux d'usines). Il permet, dune part, aux tudiants de comprendre la structure du matriel des rseaux lectriques tel que, les disjoncteurs, les interrupteurs, les sectionneurs, les contacteurs...; de spcifier les quipements lectriques (choix et dimensionnement) et dautre part, de savoir lire les schmas lectriques et de faire la diffrence entre les reprsentations, lidentification et la signification du marquage sur un schma lectrique.



I. GENERALITES Lappareillage lectrique est un lment qui permet dobtenir la protection et lexploitation sre et ininterrompue dun rseau lectrique. La parfaite matrise de lnergie lectrique exige de possder tous les moyens ncessaires la commande et au contrle de la circulation du courant dans les circuits qui vont des centrales de production jusquaux consommateurs. Cette dlicate mission incombe fondamentalement lappareillage lectrique. Son rle est dassurer en priorit la protection automatique de ces circuits contre tous les incidents susceptibles den perturber le fonctionnement, mais aussi deffectuer sur commande les diffrentes oprations qui permettent de modifier la configuration du rseau dans les conditions normales de service. Lappareillage lectrique permet dadapter, chaque instant, la structure du rseau aux besoins de ses utilisateurs, producteurs et consommateurs dlectricit, et de prserver, totalement ou partiellement, cette fonction en cas dincident. Cest assez dire limportance du rle de lappareillage lectrique pour la manuvre et la protection du rseau. Il faut quil soit disponible tout moment et puisse intervenir sans dfaillance, au point de faire oublier quil existe. Pour remplir ses fonctions avec fiabilit et disponibilit, il doit possder de nombreuses aptitudes :

supporter des contraintes dilectriques dues des ondes de chocs (dues la foudre ou la manuvre dappareils) ou des tensions frquence industrielle ;

assurer le passage du courant permanent ou de court-circuit, sans chauffement excessif et sans dgradation des contacts ;

tre capable de fonctionner dans des conditions atmosphriques dfavorables : haute ou basse temprature, en altitude o la densit de lair est plus faible, parfois sous forte pollution (pollution marine, vents de sables...) ;

supporter des sismes avec une acclration au sol gale 0,2g ou 0,5g ; et surtout, pour les disjoncteurs, tre capable dinterrompre tous les courants infrieurs

son pouvoir de coupure (courants de charge et courants de court-circuit). On exige de lui une fiabilit presque parfaite, des oprations de maintenance lgres et en nombre limit dans la mesure o ces interventions sont la fois coteuses et gnantes pour lexploitation. II. CHOIX ET CLASSIFICATIONS DE LAPPAREILLAGE

Choisir l'appareillage lectrique adapt au rcepteur demande une bonne connaissance du comportement du rcepteur lors de l'utilisation normale et lors de dysfonctionnement en prenant en considration la cadence de fonctionnement, le risque de surcharge, la rsistance aux courts-circuits et la rsistance aux surtensions. Les constituants (appareillages, sousensembles) doivent tre conformes aux normes correspondantes et convenir leur application particulire en ce qui concerne la prsentation extrieure de lensemble (ouvert ou envelopp), leurs caractristiques lectriques et mcaniques.



Certaines de ces caractristiques peuvent tre affectes par leur incorporation un ensemble ; cest notamment le cas des fusibles, des contacteurs et des interrupteurs, susceptibles de faire lobjet dun dclassement (diminution de leur courant assign), compte tenu des conditions de voisinage avec dautres matriels et de la temprature intrieure, en fonctionnement, de lensemble. Une coordination doit galement tre assure entre les courants maximaux admissibles de certains appareils et les caractristiques des dispositifs de protection placs en amont. Lorsque les indices de protection IP ont t spcifis pour lenveloppe, les matriels encastrs doivent avoir une tenue correspondante, moins de recevoir une protection complmentaire ; il en est de mme des dispositifs de commande... Lappareillage lectrique est class en plusieurs catgories selon :

a. sa fonction ; Pour adapter la source d'nergie au comportement du rcepteur, il est dfini cinq grandes fonctions remplir par lappareillage lectrique : le sectionnement : il est ncessaire d'isoler, en tout ou partie, les circuits, les rcepteurs de leur source d'nergie afin de pouvoir intervenir sur les installations en garantissant la scurit des intervenants (lectriciens habilits). l'interruption : alors que l'installation est en service, le rcepteur remplissant sa fonction, il est parfois ncessaire d'interrompre son alimentation en pleine charge, ceci pouvant faire office d'arrt d'urgence. la protection contre les courts-circuits : les installations et les rcepteurs peuvent tre le sige d'incidents lectriques ou mcaniques se traduisant par une lvation rapide et importante du courant absorb. Un courant suprieur de 10 13 fois le courant nominal est un courant de dfaut. Il est assimil un courant de court-circuit. Afin d'viter la dtrioration des installations et des appareillages, les perturbations sur le rseau d'alimentation et les risques d'accidents humains, il est indispensable de dtecter ces courts-circuits et d'interrompre rapidement le circuit concern. la protection contre les surcharges : les surcharges mcaniques et les dfauts des rseaux d'alimentation sont les causes les plus frquentes de la surcharge supporte par les rcepteurs (moteurs). Ils provoquent une augmentation importante du courant absorb, conduisant un chauffement excessif du rcepteur, ce qui rduit fortement sa dure de vie et peut aller jusqu' sa destruction. la commutation : son rle est d'tablir et de couper le circuit d'alimentation du rcepteur.

b. sa tension ; On distingue les domaines de tension suivants:

la basse tension BT qui concerne les tensions infrieures 1 kV ; la moyenne tension MT (HTA) qui concerne les tensions entre 1 kV et 50 kV ; la haute tension HT (HTB) qui concerne les tensions suprieures 50 kV.



c. sa destination ; Lappareillage lectrique est destin fonctionner dans les rseaux ou installations principaux suivants:

installations domestiques BT (< 1 kV) installations industrielles BT (< 1 kV) installations industrielles HT (3,6 24 kV) rseaux de distribution (< 52 kV) ; rseaux de rpartition ou de transport ( 52 kV) ;

d. son installation ;

On peut distinguer : le matriel pour lintrieur, qui est destin tre install uniquement lintrieur dun

btiment, labri des intempries et de la pollution, avec une temprature ambiante qui nest pas infrieure - 5 C (ventuellement - 15 C ou - 25 C) ;

le matriel pour lextrieur, qui est prvu pour tre install lextrieur des btiments, et qui par suite doit tre capable de fonctionner dans des conditions climatiques et atmosphriques contraignantes.

e. le type de matriel ;

Deux types sont distingus : le matriel ouvert, dont lisolation externe est faite dans lair; le matriel sous enveloppe mtallique ou blind, muni dune enveloppe mtallique,

relie la terre, qui permet dviter tout contact accidentel avec les pices sous tension.

f. la temprature de service ;

Lappareillage est prvu pour fonctionner avec les tempratures normales de service suivantes:

la temprature maximale de lair ambiant nexcde pas 40 C et sa valeur moyenne, mesure pendant une priode de 24 h, nexcde pas 35 C ;

la temprature minimale de lair ambiant nest pas infrieure - 25 C ou - 40 C.

g. sa technique de coupure. Lhistoire de lappareillage lectrique est riche dinventions diverses, de principes de coupure performants, de technologies trs varies utilisant des milieux aussi diffrents pour lisolement et la coupure que lair pression atmosphrique, lhuile, lair comprim, lhexafluorure de soufre et le vide. Des points communs subsistent pendant toute son volution :

lamorage dun arc entre deux contacts, comme principe de base pour la coupure dun courant alternatif ;

linterruption du courant ;



la recherche permanente de la rduction des nergies de manuvre, afin de raliser des appareils plus fiables et plus conomiques ;

la rduction des surtensions, gnres pendant leur fonctionnement, grce linsertion de rsistances de fermeture ou par la synchronisation des manuvres par rapport la tension.

Il est intressant de noter que la technique de coupure par auto-soufflage, qui vient de simposer pour les disjoncteurs SF6 haute tension, avait dj t envisage ds les annes 1960. Cest grce aux progrs importants raliss dans le domaine de la modlisation darc et de la simulation des coulements gazeux que lnergie darc a pu tre domestique et utilise efficacement pour dfinir des chambres de coupure hautes performances. Historiquement, on peut rsumer les milieux suivants qui ont t choisis pour la coupure :

air ; huile ; air comprim ; SF6 vide.

;

III. CONTACT ELECTRIQUE

1. Dfinition Un contact lectrique est un systme permettant le passage d'un courant lectrique travers deux lments de circuit mcaniquement dissociables. C'est un des lments principaux des composants lectromcaniques : contacteur, relais, interrupteur, disjoncteur. Il est aussi la cl de tous les systmes de connectique.

2. Caractristiques et catgories Le contact lectrique est caractris par sa rsistance de contact, sa rsistance l'rosion, sa rsistance l'oxydation. Afin d'optimiser ses caractristiques, les surfaces destines assurer la fonction de contact sont recouvertes par plaquage, ou comportent une partie massive ajoute, d'un matriau particulier tel que lOr, le platine (Palladium) et le Tungstne. Le contact lectrique a deux tats par dfaut: NO : Normalement Ouvert (Open) NF : Normalement Ferm (NC : Close) Les contacts sont aussi diviss en 2 catgories : Les contacts secs ou contacts hors tension, Les contacts mouills ; leurs dfinitions n'expriment pas un degr d'humidit mais l'origine du basculement d'tat (relais contact mouill au mercure). Les contacts contiennent des matriaux plus ou moins oxydables selon le choix de fabrication. La classe de protection des personnes choisie lors de la conception oblige garantir le maintien de ce niveau de scurit tout au long de la vie du contact. La conception et fabrication doivent donc tre penses pour viter au maximum l'entretien prventif et



conserver les caractristiques de basculement et de conductivit. La technique la plus simple pour lentretien hors tension des contacts lectriques est le brossage des surfaces de contact grce une brosse mtallique ou du papier abrasif jusqu' disparition des oxydes. IV. PHENOMENES LIES AU COURANT ET A LA TENSION ELECTRIQUES Linstallation lectrique permet de fournir l'nergie lectrique ncessaire au bon fonctionnement des rcepteurs. Ceux-ci consomment une puissance lectrique dont l'expression est fonction de l'intensit du courant qui traverse le rcepteur et de la tension ses bornes. Ces deux grandeurs lectriques ont une influence directe sur la conception des appareillages ; Le courant lectrique va conditionner la notion de pouvoir de coupure et de fermeture. En effet, la problmatique essentielle de l'appareillage lectromcanique est la coupure de l'arc lectrique qui se forme systmatiquement l'ouverture d'un circuit lectrique. La tension d'alimentation va dfinir les distances d'isolement entre les bornes et les contacts. Dans ce qui suit nous allons voir les phnomnes lis au courant et la tension lectriques

1. Les surintensits Dans un circuit lectrique, la surintensit est atteinte lorsque l'intensit du courant dpasse une limite juge suprieure la normale. Les causes et les valeurs des surintensits sont multiples. On distingue habituellement dans les surintensits, les surcharges et les courts-circuits.

a. La surcharge Le courant de surcharge est en gnral une faible surintensit se produisant dans un circuit lectrique sain. Lexemple type en est le circuit alimentant des prises de courant sur lesquelles on a raccorder un trop grand nombre dappareil. Caractristiques Le terme surcharge est utilis pour un courant excessif circulant dans un circuit en bon tat lectriquement. Les surcharges sont en gnral infrieures 10 fois le courant nominal du circuit. Les surcharges de courant ne sont pas beaucoup plus leves que le courant maximum permanent dune installation, mais si elles se maintiennent trop longtemps elles peuvent faire des dgts. Les dgts, plus particulirement aux matires isolantes en contact avec les conducteurs de courant, sont la consquence de leffet thermique du courant. La dure de cet effet thermique est relativement longue (de quelques secondes quelques heures), et la surcharge peut donc tre caractrise par la valeur efficace du courant. La protection contre une surcharge est ralise par un dispositif de protection capable de diminuer la dure de la surcharge.



Causes habituelles des surcharges

Causes Exemples Manque de maintenance Accumulation de poussires, salissures,

particules trangres Vieillissement des quipements Pices uses, lubrification insuffisante Problme thermique Isolement dgrad, composants dfaillants Mauvaise utilisation Capacit insuffisante, usage excessif Qualit de lnergie Surtensions et sous tensions transitoires Dfauts de terre de faible amplitude Particules mtalliques, dgts des eaux

b. Le court-circuit Le courant de court-circuit est en gnral une forte intensit produite par un dfaut de rsistance ngligeable entre des points prsentant une diffrence de potentiel en service normal. Caractristiques Le court circuit est souvent d une dfaillance lectrique importante comme la rupture dun isolant, la chute dun objet mtallique sur des barres ou la dfaillance dun semi conducteur. Il en rsulte un courant de dfaut dont la valeur efficace est trs leve (typiquement suprieure 10 fois la valeur du courant nominal de linstallation). Leffet thermique est tellement rapide que les dgts dans linstallation se produisent en quelques millisecondes. Cet effet thermique extrmement rapide ne peut pas tre caractris par la valeur efficace du courant prsum de dfaut comme cest le cas dans les surcharges, car il dpend de la forme de londe de courant. Dans ce cas la protection doit limiter lnergie associe au dfaut ; cette nergie est lie la grandeur suivante It. Cette grandeur est une mesure de lnergie thermique fournie chaque ohm du circuit par le courant de court circuit pendant le temps t. Cependant la protection contre les court-circuits impose souvent une condition supplmentaire qui est la limitation de la valeur crte du courant autoris dans linstallation. En effet les forces lectromagntiques sont proportionnelles au carr de la valeur instantane du courant et peuvent produire des dgts mcaniques aux quipements si les courants de court circuit ne sont pas limits trs rapidement. Les contacts de sectionneurs, contacteurs et mme de disjoncteurs peuvent se souder si la valeur crte du courant passant dans le circuit de dfaut nest pas limite une valeur suffisamment basse. Si la fusion de certains conducteurs et de certaines parties de composants se produit, un arc entre les particules fondues peut samorcer, dclencher des incendies et crer des situations dangereuses pour le personnel. Une installation lectrique peut mme tre compltement dtruite. Les fusibles ultra-rapides pour la protection des semi conducteurs fournissent une excellente protection en cas de court circuit.



Causes habituelles des courts-circuits

Causes Exemples Elment tranger Boulons, tournevis autres objets conducteurs Dfaillances de composants Claquage de semi conducteur Surtensions Foudre, commutations, interruptions Dfauts de terre de grande amplitude Courtcircuit la terre Influences externes Inondations, incendies, vibrations

2. Les surtensions

Ce sont des perturbations qui se superposent la tension nominale dun circuit. Elles peuvent apparatre :

entre phases ou entre circuits diffrents, et sont dites de mode diffrentiel, entre les conducteurs actifs et la masse ou la terre.

Une surtension est une impulsion ou une onde de tension qui se superpose la tension nominale du rseau (voir fig.1)

Fig.1 : Exemple de surtensions

Elle dsigne le fait pour un lment particulier d'un diple lectrique d'avoir ses bornes une tension suprieure celle aux bornes du diple complet. C'est le cas par exemple de la tension aux bornes d'un condensateur dans un diple RLC srie en rsonances. D'autre part, un rseau lectrique possde en gnrale une tension normale : on parle aussi de tension nominale. En basse tension, cette tension nominale peut tre par exemple de 230V entre phase et neutre. En moyenne tension, celle-ci est normalise 20kV (entre phase) et 11.5kV (entre phase et terre). Le rseau peut se trouver accidentellement port une tension suprieure de sa tension nominale : on parle alors de surtension. Les surtensions sont une des causes possibles de dfaillances d'quipements lectriques ou lectroniques, bien que ceux-ci soient de mieux en mieux protgs contre ce type d'incident.



Une surtension perturbe les quipements et produit un rayonnement lectromagntique. En plus, la dure de la surtension (T) cause un pic nergtique dans les circuits lectriques qui est susceptible de dtruire des quipements. Elle est caractrise (voir fig.2) par:

le temps de monte tf (en s), la pente S (en kV/s).

Fig.2 : Principales caractristiques dune surtension

2.1 Types de surtension dans les rseaux lectriques Quatre types de surtension peuvent perturber les installations lectriques et les rcepteurs :

a. Surtensions de manuvre : Surtensions haute frquence ou oscillatoire amortie causes par une modification du rgime tabli dans un rseau lectrique (lors dune manuvre dappareillage) elles sont d'une dure de quelques dizaines microsecondes quelques millisecondes. La manuvre d'un sectionneur dans un poste lectrique isolation gazeuse engendre en particulier des surtensions fronts trs raides.

b. Surtensions frquence industrielle : Surtensions la mme frquence que le rseau (50, 60 ou 400 Hz) causes par un changement dtat permanent du rseau (suite un dfaut : dfaut disolement, rupture conducteur neutre,..). Parmi ces surtensions, on peut citer : surtension provoque par un dfaut disolement, surtension sur une longue ligne vide (effet Ferranti), et surtension par ferrorsonance



c. Surtensions causes par des dcharges lectrostatiques.

Surtensions trs haute frquence trs courtes (quelques nanosecondes) causes par la dcharge de charges lectriques accumules (Par exemple, une personne marchant sur une moquette avec des semelles isolantes se charge lectriquement une tension de plusieurs kilovolts).

d. Surtensions dorigine atmosphrique. Lorage est un phnomne naturel connu de tous, spectaculaire et dangereux. Mille orages clatent en moyenne chaque jour dans le monde. Les surtensions dorigine atmosphrique sont causes par le coup de foudre direct ou indirect sur les lignes lectriques.

3. Les efforts lectrodynamiques Nous savons que la circulation de courants dans des conducteurs parallles induit dans ces conducteurs des forces lectromagntiques proportionnelles au produit des courants circulant dans les deux conducteurs. En cas de court-circuit dans une configuration de ligne ou de poste en conducteurs souples, on mesure alors des surtensions mcaniques (traction et flexion) appeles efforts lectrodynamiques au niveau des supports et des isolateurs dancrage. On observe galement des mouvements de conducteurs trs importants. Ces efforts pouvant tre considrables, il est indispensable de les prendre en compte ds la conception dun nouvel ouvrage.

4. Rigidit dilectrique La rigidit dilectrique dun milieu isolant reprsente la valeur maximum du champ lectrique que le milieu peut supporter avant le dclenchement dun arc lectrique (donc dun court-circuit). On utilise aussi l'expression champ disruptif qui est synonyme mais plus frquemment utilise pour qualifier la tenue d'une installation, alors que le terme rigidit dilectrique est plus utilis pour qualifier un matriau. Pour un condensateur quand cette valeur est dpasse, llment est dtruit. La valeur maximale de la tension lectrique applique aux bornes, est appele tension de claquage du condensateur. Dans le cas d'un disjoncteur haute tension, c'est la valeur maximum du champ qui peut tre supporte aprs l'extinction de l'arc (l'interruption du courant). Si la rigidit dilectrique est infrieure au champ impos par le rtablissement de la tension, un ramorage de l'arc se produit d'o l'chec de la tentative d'interruption du courant.

5. Isolant lectrique En lectricit comme en lectronique, un isolant, ou isolant lectrique aussi appel matriau dilectrique, est une partie d'un composant ou un organe ayant pour fonction d'interdire le passage de tout courant lectrique entre deux parties conductrices. Un isolant possde peu de charges libres, elles y sont piges, contrairement un matriau conducteur o les charges sont nombreuses et libres de se dplacer sous l'action d'un champ lectromagntique.



La facult d'un matriau tre isolant peut aussi tre explique par la notion de bandes d'nergie. L'isolation lectrique est rattache une grandeur physique mesurable, la rsistance, qui s'exprime en ohms (symbole : ).

6. Claquage lectrique Le claquage est un phnomne qui se produit dans un isolant quand le champ lectrique est plus important que ce que peut supporter cet isolant. Il se forme alors un arc lectrique. Dans un condensateur, lorsque la tension atteint une valeur suffisante pour qu'un courant s'tablisse au travers de l'isolant (ou dilectrique), cette tension critique est appele tension de claquage. Elle est lie la gomtrie de la pice et une proprit des matriaux appele rigidit dilectrique qui est gnralement exprime en (kV/mm). La dcharge lectrique travers l'isolant est en gnral destructrice. Cette destruction peut-tre irrmdiable, mais ceci dpend de la nature et de l'paisseur de l'isolant entrant dans la constitution du composant : certains isolants sont ainsi dits auto-rgnrateurs, comme l'air ou l'hexafluorure de soufre.

7. Ionisation des gaz L'ionisation est l'action qui consiste enlever ou ajouter des charges un atome ou une molcule. L'atome - ou la molcule - perdant ou gagnant des charges n'est plus neutre lectriquement. Il est alors appel ion. Un plasma est une phase de la matire constitue de particules charges, d'ions et d'lectrons. La transformation d'un gaz en plasma (gaz ionis) ne s'effectue pas temprature constante pour une pression donne, avec une chaleur latente de changement d'tat, comme pour les autres tats, mais il s'agit d'une transformation progressive. Lorsqu'un gaz est suffisamment chauff, les lectrons des couches extrieures peuvent tre arrachs lors des collisions entre particules, ce qui forme le plasma. Globalement neutre, la prsence de particules charges donne naissance des comportements inexistants dans les fluides, en prsence d'un champ lectromagntique par exemple.



V. PHENOMENES DINTERRUPTION DU COURANT ELECTRIQUE

a. Dfinition de larc lectrique L'arc lectrique correspond une dcharge lumineuse qui accompagne le passage de l'lectricit entre deux conducteurs prsentant une diffrence de potentiel convenable. Ce phnomne fut dcouvert en 1813 par le physicien et chimiste anglais Davy qui en tudia les effets travers diffrents gaz.

b. Naissance d'un arc lectrique la coupure d'un circuit

A la coupure d'un circuit d'impdance Zc, nat gnralement un arc lectrique entre les contacts de l'organe de manuvre (interrupteur, disjoncteur). Ce fait marquant, qui intervient principalement sur forte surcharge (ou court-circuit) lorsque la sparation des ples est dpendante des lments de contrle de la surintensit, se produit galement sur ouverture non spontane et - un degr moindre- sur fermeture.

Schma.1 : Explication simplifie relative un fonctionnement sur court-circuit (Zc=0)



c. Etude temporelle de la tension d'arc en courant alternatif :



d. Coupure avec larc lectrique

La technique de coupure au passage zro du courant saccompagne de surtensions au moment de linterruption qui surviennent cause de leffet capacitif des circuits lectriques. La coupure du courant au passage par zro est pratiquement irralisable cause des temps de rponse des systmes de mesure et de commande, sachant quau moment du dfaut le courant volue trs rapidement et la raction au moment du passage zro est une opration trs dlicate. Cest ce qui explique lexistence de larc lectrique.

e. Inconvnients, dangers de l'arc lectrique pas de rupture instantane du circuit dgradation des contacts par micro-fusion (matire "arrache) et risques de soudure contraintes thermiques leves (temprature d'arc de quelques milliers plusieurs

dizaines de milliers de degrs) avec risques de brlure, d'incendie pour le matriel onde parasite, rayonnement U-V

f. Processus de coupure avec larc lectrique

La coupure par larc lectrique se fait en trois phases:

a. La priode dattente : Cest la priode entre louverture des contacts et le zro du courant o larc lectrique est constitu dune colonne de plasma compose dions et dlectrons. Cette colonne est conductrice sous leffet dune temprature leve due lnergie dissipe par larc. La tension entre les deux contacts sappelle la tension darc et cest une composante trs importante dans le choix du milieu de coupure, car elle dfinit la valeur de lnergie dissipe.

b. La priode dextinction : Au moment de passage par zro du courant, larc est teint, le canal des molcules ionises est cass, le milieu redevient isolant et le courant est interrompu. La rsistance de larc do it augmenter au voisinage du zro du courant, et dpend de la constante dionisation du milieu. Aussi, la puissance de refroidissement de lappareil doit tre suprieure lnergie de larc dissipe par effet joule.

c. La priode Post-Arc : Pour que la coupure soit russie, il faut que la vitesse de rgnration dilectrique soit plus rapide que lvolution de la tension transitoire de rtablissement TTR, sinon on assiste un phnomne de r-allumage ou ramorage de larc. La vitesse de croissance de la TTR a un rle fondamental sur la capacit de coupure de appareils. La norme impose pour chaque tension nominale, une valeur enveloppe qui correspond aux besoins normalement rencontrs. Le pouvoir de coupure dun disjoncteur correspond la valeur la plus leve du courant quil peut couper sa tension assigne et sa TTR assigne. Un disjoncteur devrait tre capable de couper tout courant infrieur son PDC pour toute TTR dont la valeur est infrieure la TTR assigne. Pour une tension assigne de 24 kV, la valeur maximale de TTR est de lordre de 41



kV et peut accrotre avec une vitesse de 0.5 kV/ms.

g. Les milieux de coupure Depuis des annes, les constructeurs ont cherch, dvelopp, expriment et mis en oeuvre des appareils de coupure base de milieux aussi varis que : lair, lhuile, le SF6

Avoir une conductivit thermique importante pour pouvoir vacuer lnergie thermique engendre par larc lectrique ;

et enfin le vide. Pour une coupure russie, le milieu doit avoir les caractristiques suivantes :

Avoir une vitesse de dsionisation importante pour viter des ramorages du milieu ; Avoir une rsistivit lectrique faible lorsque la temprature est leve pour minimiser lnergie dissipe pour larc ; Avoir une rsistivit lectrique grande lorsque la temprature est faible pour minimiser le dlai de rtablissement de la tension ;

Fig.3 : La courbe de Paschen Lespace intercontacts doit offrir une tenue dilectique suffisante. La tenue dilectrique du milieu dpend de la distance entre les lectrodes et de la pression du milieu. Pour l'air, la courbe de Paschen donne l'volution de la rigidit dilectrique en fonction de la pression du milieu. Les courbes suivantes donnent l'volution de la rigidit dilectrique en fonction de la distance inter contacts.

Fig.4 : Rigidit dilectrique en fonction

de la distance entre les lectrodes Fig.5 : Domaine dutilisation des

diffrents milieux de coupure



Plusieurs milieux de coupure ont t dvelopps ce jour :

La coupure dans lair (jusqu 24 kV), mais aujourdhui limite des utilisations en basse tension;

La coupure dans lhuile (jusqu 200 kV) ; La coupure dans le SF6 (jusqu quelques centaines de kV) ; La coupure dans le vide (jusqu 36 kV)

h. Diffrentes techniques de coupure de larc

a. La coupure dans lair

Pour des tensions suprieures 24 kV, lair comprim est utilis pour amliorer la tenue dilectrique, la vitesse de refroidissement et la constante de temps de dsionisation. Larc est refroidi par des systmes de soufflage haute pression. La coupure nest pas trs utilise en moyenne tension pour des raisons dencombrement et de cot. Toutefois la coupure dans lair reste la solution la plus utilise en basse tension grce sa simplicit et son endurance. Lair pression atmosphrique prsente une rigidit dilectrique faible et une constante de dsionisation leve (10ms). La technique utilise consiste garder larc lectrique court pour limiter lnergie thermique dissipe, et lallonger par le biais de plaque une fois le courant passe par zro.

b. La coupure dans lhuile Cette technique de coupure consiste immerger les contacts dans lhuile. Au moment de la coupure, lhuile se dcompose et dgage de lhydrogne et du mthane principalement. Ces gaz forment une bulle qui est soumise une grande pression pendant la coupure. Au passage du courant par zro, larc steint du fait de la prsence de lhydrogne. Les disjoncteurs coupure dans lhuile ont cd la place dautres types de technologie tels que le SF6 et le vide pour les inconvnients suivants :

Niveau de scurit et de maintenance lev pour contrler la dgradation des proprits dilectriques de lhuile et lusure des contacts ;

La dcomposition de lhuile chaque coupure est un phnomne irrversible ; Risque dexplosion et dinflammation.

c. La coupure dans le SF6

Depuis plusieurs annes, les constructeurs de disjoncteurs se sont orients vers le SF6 (hexafluorure de soufre) comme milieu de coupure, vu ses qualits chimiques et dilectriques. Sous leffet de la temprature, la molcule SF6 se dcompose, mais ds que le courant retrouve des valeurs faibles, la molcule se compose nouveau. Le SF6 prsente une conductivit thermique quivalente celle de lair, une rigidit dilectrique leve, et une constante de dsionisation faible.



Larc lectrique est compos dun plasma de SF6 dissoci, de forme cylindrique. Ce plasma comporte un noyau temprature trs leve, entour dune gaine de gaz plus froid. La totalit du courant est transporte par le noyau. La gaine extrieure reste isolante.

d. La coupure dans le vide Daprs la courbe de Paschen (Fig.3), le vide prsente des performances trs intressantes: partir dune pression de 10-5 bars, la rigidit dilectrique est de 200 kV pour une distance entre lectrodes de seulement 12 mm. En labsence de milieu de coupure, larc lectrique, dans la coupure sous vide, est compos de vapeurs mtalliques et dlectrons provenant des matriaux composant les contacts. Cet arc peut tre diffus ou concentr. Les constructeurs de disjoncteurs avec ampoule sous vide ont port leur recherche au niveau des matriaux des contacts, leur forme et les mcanismes de coupure. La coupure dans le vide est trs employe aujourdhui en moyenne tension, trs peu utilise en basse tension pour des raisons de cot, et reste dans le domaine prospectif pour la haute tension (> 50 kV). Grce sa grande endurance lectrique avec des TTR front de monte trs raides, la coupure sous vide est aujourdhui largement utilise en MT pour lalimentation des moteurs, cble, lignes ariennes, transformateurs, condensateurs, fours arc...



VI. FONCTIONS DE LAPPAREILLAGE ELECTRIQUE Sous la dnomination appareillage, nous rangeons lensemble des matriels permettant dtablir ou dinterrompre et de distribuer lnergie lectrique, et dassurer les fonctions de connexion, de commande et de protection.

A. APPAREILLAGES DE CONNEXION ET DE SEPARATION

Les appareillages de connexion sont conus pour excuter la fonction de sparation qui correspond la mise hors tension de tout ou une partie dune installation et garantir sa sparation de toute source dnergie lectrique. En basse tension, ils sont des dispositifs tablis gnralement une fois pour toutes et ne pouvant tre modifis sans intervention sur leurs lments, le plus souvent laide doutils. Il sagit de :

jeux de barres bto-barres et drivations (souds, boulonns, assurs par serre-barres) ; bornes de diffrents modles (bornes vis, sans vis, cages, plage, tige, trier,

plots, en barrettes) ; cosses et raccords (souds, sertis, griffes, brides) ; cosses, clips et languettes, pour connexions rapides ; raccords et connexions percement disolant, utiliss dans des applications

particulires (tlphonie, lignes ariennes et conducteurs isols en faisceaux) ; botes en plastique ou en fonte remplies de paraffine pour les connexions immerges.

Ces connexions sont effectues soit sur les bornes des appareillages, soit sur des bornes places dans les enveloppes des appareillages (coffrets, tableaux), soit encore dans des botes affectes ce seul usage (botes de connexion), de faon rester accessibles pour vrifications ou interventions.

1. Contacts permanents Les contacts permanents sont destins relier lectriquement de faon permanente de parties dun circuit lectrique. On peut les classer en deux grandes catgories : La premire est celle des contacts non dmontables (embrochs, soudetc.) La seconde est celle des contacts dmontables (boulonns ou par coincementetc.).

2. Bornes de connexion Sont des dispositifs excuts aux niveaux des appareils lectriques (machines lectriques, transformateurs, appareils de mesure) pour raliser des contacts permanents simples et dmontables.

3. Prises de courant (basse tension) Organes de connexion dans lesquelles les appareils lectriques sont relis aux sources dnergie dune faon simple.



4. Les sectionneurs

a. Rle Le sectionneur est un appareil mcanique de connexion capable douvrir et de fermer un circuit lorsque le courant est nul ou pratiquement nul, afin disoler la partie de linstallation en aval du sectionneur.

Fig.6 : Sectionneur

b. Principe de fonctionnement Mettre hors tension une installation lectrique ou une partie de cette installation en toute scurit lectrique. (Pas de pouvoir de coupure, quand le sectionneur est manuvr, le courant doit tre nul. Cela permet, par exemple, de condamner un circuit lectrique (avec cadenas le cas chant) afin de travailler en toute scurit.

c. Caractristiques principales : Intensit maximum supporte par les ples de puissance Tension maximum d'isolement entre les ples de puissance nombre de ples de puissance (tripolaire ou ttra-polaire) nombre de contact de pr-coupure Peut tre avec ou sans manette Peut tre avec ou sans systme de dtection de fusion de fusible Sinstalle majoritairement en tte dune installation lectrique ; Permet disoler un circuit lectrique du rseau dalimentation; Est un organe de scurit lors dune intervention de maintenance: cadenass en

position ouverte par un agent de maintenance, il interdit la remise en route du systme Peut tre manipul depuis lextrieur de larmoire lectrique grce une poigne.

Contrairement linterrupteur sectionneur, le sectionneur porte fusible na pas de pouvoir de coupure : il ne permet pas de couper un circuit lectrique en charge (moteur lectrique en rotation, rsistances de chauffage alimentes,) ; A la diffrence du sectionneur porte-fusibles, linterrupteur sectionneur na pas de fusible associ, il faudra donc rajouter dans le circuit un systme de protection contre les courts-circuits.



d. Diffrentes organes

1. Les contacts principaux (1-2), (3-4) et (5-6) : Permettent dassurer le sectionnement de linstallation.

2. Les contacts auxiliaires (13-14), (23-24) : Permettent de couper le circuit de commande des contacteurs avant louverture des contacts principaux. Louverture du circuit de commande de lquipement entranant louverture de son circuit de puissance, celui-ci nest donc jamais ouvert en charge. Inversement, la mise sous tension, le contact auxiliaire est ferm aprs la fermeture des contacts principaux.

3. La poigne de commande : Elle peut tre verrouille en position ouverte par un cadenas (scurit).

4. Les fusibles : Assurant la protection contre les surcharges et les courts-circuits dans linstallation ou lquipement lectrique.

e. Choix de composant : Le choix dun sectionneur porte-fusibles dpend de la taille des fusibles qui lui sont associs, donc par consquent, de la puissance absorbe par la partie puissance du circuit. Le choix de linterrupteur sectionneur dpendra de la puissance absorbe par lensemble de linstallation.

f. Symbole : Q Plusieurs types de configurations peuvent tre utilises en fonction du besoin du systme. Voici quelques exemples :



g. Diffrents types de sectionneurs

1. Sectionneur porte-fusibles tripolaire avec contact(s) de pr-coupure avec poigne

extrieure : A utiliser dans un circuit triphas (sans neutre) ; Les contacts de pr-coupure permettent disoler la partie commande du circuit.

2. Sectionneur porte-fusibles tripolaire avec contact de neutre et de pr-coupure avec poign extrieure :

A utiliser dans un circuit triphas avec neutre; le neutre du sectionneur ne doit pas contenir de fusible, mais une barrette de neutre prvue cet effet. Contacts Contacts de puissance de pr-coupure Le sectionneur ouvert, il n'y a plus de tension nulle part dans l'installation qui en dpend, sauf sur les bornes 1 , 3 , 5

3. Sectionneurs BT domestique La fonction sectionneur est obligatoire au dpart de chaque circuit est ralise par des sectionneurs fusibles incorpors.

4. Sectionneurs BT industriels Ces appareils assurent la fonction de sectionnement au dpart des quipements. En gnral des derniers comportent des fusibles et des contacts auxiliaires.

5. Sectionneurs MT et HT Sont trs employs dans les rseaux de moyenne et haute tension pour garantir lisolement des lignes et des installations avec coupure visible.



B. APPAREILLAGES DINTERRUPTION 1. Les interrupteurs

a. Rle Appareil mcanique de connexion capable dtablir, de supporter et dinterrompre des courants dans des conditions normales du circuit.

b. Symbole L1 L2 L3 N

Interrupteur ttrapolaire

2. Les interrupteurs-sectionneurs

a. Rle Les interrupteurs-sectionneurs satisfont les applications dinterrupteurs par la fermeture et la coupure en charge de circuits rsistifs ou mixtes, rsistifs et inductifs, ceci pour des manuvres frquentes.

Fig.7 : Interrupteur

1 3 5 7

2

4

6

8



b. Caractristiques principales Uni/Bi/Tri/Ttrapolaire ; Jusqu 1250A sous 1000V (en BT) ; Coupure pleinement apparente ;

c. Exemples dapplication Manuvres ; Arrt durgence. 3. Les contacteurs

a. Rle Appareil lectromagntique de connexion ayant une seule position de repos, command lectriquement et capable dtablir, de supporter et dinterrompre des courants dans des conditions normales du circuit. Cest essentiellement un appareil de commande et de contrle capable deffectuer un grand nombre de manuvres sous des courants de charges normaux.

b. Symbole

c. Construction gnrale Ils peuvent tre unipolaires, bipolaires, tripolaires ou encore ttrapolaires, en dautres termes ils possdent un, deux, trois ou quatre contacts de puissance. Sur les contacteurs de puissance leve les bobines sont souvent interchangeables, permettant de commander le contacteur avec diffrentes tensions (24V, 48V, 110V, 230V, 400V). Les contacteurs tripolaires comportent la plupart du temps un contact auxiliaire, tandis que les contacteurs ttrapolaires n'en ont en gnral pas (la place du contact auxiliaire tant occupe par le quatrime contact de puissance 7-8 non reprsent sur le schma ci dessous). La diffrence entre contact de puissance et contact auxiliaire rside dans le fait que le contact de puissance est prvu pour rsister lors de l'apparition d'un arc lectrique, lorsqu'il ouvre ou ferme le circuit; de ce fait, c'est ce contact qui possde un pouvoir de coupure. Le contact auxiliaire n'est dot que d'un trs faible pouvoir de coupure; il est assimil la partie commande du circuit dont les courants restent faibles face la partie puissance.



c.1. Les contacts principaux

Sont les lments de contacts qui permettent dtablir et dinterrompre le courant dans le circuit de puissance

c.2. Organe de manuvre (lectro-aimant) Il est compos dun bobinage en cuivre et dun circuit magntique feuillet compos dune partie fixe et dune autre mobile. Lorsque llectro-aimant est aliment, la bobine parcourue par le courant alternatif cre un champ magntique canalis par le circuit magntique provoquant le rapprochement de la partie mobile et ainsi la fermeture des contacts. Bagues de dphasage (spires de Frager) sont des lments dun circuit magntique fonctionnant en alternatif. Le rle de la spire conductrice (en court-circuit) en alliage cuivreux est de crer un flux magntique secondaire partir dun flux principal cr par un bobinage inducteur parcouru par un courant alternatif sinusodal. La spire embrasse un flux principal variant en permanence. Elle est le sige dune force lectromotrice induite (fem), donc une tension interne la spire. La spire tant en court-



circuit, elle est parcourue par un courant induit. Ce courant induit cr alors lui-mme un flux secondaire au niveau de la spire. De par les lois de llectromagntisme, ce flux secondaire est dphas par rapport au flux principal, ce qui signifie que les deux flux alternatifs ne passent pas par zro au mme moment. Ainsi, dans le circuit magntique les deux flux se composent en un flux rsultant ayant dautres proprits que le flux principal (vitent les vibrations dues lalimentation en courant alternatif de la bobine du contacteur).

d. Accessoires

a. Contacts auxiliaires instantans Les contacts auxiliaires sont destins assurer lauto alimentation, les verrouillages des contactsetc. Il existe deux types de contacts, les contacts fermeture et les contacts ouverture.

b. Contacts temporiss Le contact temporis permet dtablir ou douvrir un contact aprs certains temps prrgl de faon permettre notre quipement de fonctionner convenablement.

c. Dispositif de condamnation mcanique Cet appareillage interdit lenclenchement simultan de deux contacteurs juxtaposs.



e. Critres et choix dun contacteur Le choix d'un contacteur est fonction de la nature et de la valeur de la tension du rseau, de la puissance installe, des caractristiques de la charge, des exigences du service dsir. Catgorie demploi Les catgories demploi normalises fixent les valeurs de courant que le contacteur doit tablir et couper. Elles dpendent :

De la nature du rcepteur. Des conditions dans lesquelles seffectuent fermetures et ouvertures.

Courant demploi Ie Il est dfini suivant la tension assigne demploi, la frquence et le service assigns, la catgorie demploi et la temprature de lair au voisinage de lappareil. Tension demploi Ue Cest la valeur de tension qui, combine avec un courant assign demploi, dtermine lemploi du contacteur. Pour les circuits triphass, elle s'exprime par la tension entre phases. Pouvoir de coupure Cest la valeur efficace du courant maximal que le contacteur peut couper, sans usure exagre des contacts, ni mission excessive de flammes. Le pouvoir de coupure dpend de la tension du rseau. Plus cette tension est faible, plus le pouvoir de coupure est grand. Pouvoir de fermeture C'est la valeur efficace du courant maximal que le contacteur peut tablir, sans soudure des contacts. Endurance lectrique (dure de vie) C'est le nombre de manoeuvres maximal que peut effectuer le contacteur. Ce nombre dpend du service dsir. Facteur de marche C'est le rapport entre la dure de passage du courant et la dure d'un cycle de manoeuvre. Puissance Cest la puissance du moteur normalis pour lequel le contacteur est prvu la tension assigne demploi. Tension de commande Uc Cest la valeur assigne de la tension de commande sur laquelle sont bases les caractristiques de fonctionnement de (12V 400V) alternatif ou continu.



Exemples :

Choisissez le contacteur correspondant aux cahiers des charges suivants : Moteur Asynchrone triphas (coupure moteur lanc) de 15 kW et de cos = 0.8 sous 400V, 50Hz, tension de commande sous 24V 50Hz.

Choisissez le contacteur correspondant aux cahiers des charges suivants : Moteur Asynchrone triphas cage de 37 kW sous 230V, 50Hz, tension de commande 24V, 50/60Hz.



C. APPAREILLAGES DE PROTECTION

1. Fusible Le fusible est un lment de faiblesse dans un circuit lectrique. S'il y a surintensit c'est l que le circuit doit se couper. Actuellement les fusibles sont en cartouche.

a. Rle La fonction du fusible est dassurer la protection des circuits lectriques contre les courts- circuits et les surcharges par la fusion dun lment calibr lorsque le courant qui le traverse dpasse la valeur de son calibre. La fusion est cre par un point faible dans le circuit grce un conducteur dont la nature, la section et le point de fusion sont prdtermins par le conducteur. En gnral, le fusible est associ un porte fusible permet davoir la fonction sectionneur.

Fusible couteau Fusible avec percuteur Fusible sans percuteur

b. Symbole

Fusible avec percuteur Fusible sans percuteur



c. Constitution

1 : Plaque de soudure ; 2 : Disque de centrage de la lame fusible ; 3 : Silice (permet une coupure franche) ; 4 : Lame fusible ; 5 : Tube isolant ; 6 : Embout de contact.

d. Caractristiques principales



Courant nominal ou calibre dune cartouche fusible In Cest le calibre du fusible. Il peut donc traverser le fusible en permanence sans provoquer la fusion ni dchauffement anormal. Tension nominale dune cartouche fusible Un Cest la tension maximale pour laquelle le fusible peut tre utilis (250, 400, 500 ou 600V). Il existe des fusibles pour la haute tension. Courant de fusion If Cest la valeur spcifie du courant qui provoque la fusion de la cartouche avant la fin du temps conventionnel. Courant de non fusion Inf Cest la valeur du courant qui peut tre support par le fusible pendant un temps conventionnel sans fondre. Pouvoir de coupure dune cartouche fusible Cest le courant maximal quun fusible peut couper sans que la tension de rtablissement ne provoque un ramorage de larc. Les fusibles possdent de trs hauts pouvoirs de coupure (de 80 170 kA). Contraintes thermiques dune cartouche fusible (I2t) Cest lnergie par unit de rsistance ncessaire la fusion du fusible. Cette contrainte thermique doit tre infrieure celle de linstallation protger.

Contraintes thermiques de fusibles couteaux de type gG



Temps de pr-arc, temps darc et temps de coupure Le courant crot pendant un temps T1, cest le temps de pr-arc, au bout duquel llment fusible entre en fusion. Dans ce cas, il se forme un arc lintrieur de la cartouche qui steint au bout dun temps T2 appel temps darc. La dure de fonctionnement totale T est gale la somme de la dure de pr-arc et de la dure darc soit le temps T1+T2. Si le courant de court-circuit est suffisamment important, la dure de fonctionnement peut tre infrieure une demie priode, sinon elle dure plusieurs priodes. Caractristiques temps/courant dune cartouche fusible Les caractristiques temps/courant expriment la dure relle du pr-arc (en seconde) en fonction du courant efficace (en ampre) indiqu en multiple de lintensit nominale.

Courbes de fusion des fusibles cylindriques de classe gG.



e. Les diffrents types et formes de fusible

Il existe principalement quatre types de fusibles :

a. Les fusibles gG

Les fusibles gG sont des fusibles dit protection gnrale , protgent les circuits contre les faibles et fortes surcharges ainsi que les courts-circuits. Les inscriptions sont crites en noir. Limage montre un fusible cylindrique.

b. Les fusibles aM Les fusibles aM sont des fusibles dit accompagnement moteur , protgent les circuits contre les fortes surcharges ainsi que les couts-circuits. Ils sont conus pour rsister une surcharge de courte dure tel le dmarrage dun moteur. Ils seront associs un systme de protection thermique contre les faibles surcharges. Les inscriptions sont crites en vert. Limage montre un fusible couteaux. Remarque : Les fusibles aM ntant pas prvus pour une protection contre les faibles surcharges, les courants conventionnels de fusion ou de non fusion ne sont pas fixs. Ils fonctionnent partir de 4.In environ.

c. Les fusibles AD Les fusibles AD sont des fusibles dits accompagnement disjoncteur, ce type de fusibles est utilis par les distributeurs sur la partie de branchement. Les inscriptions sont crites en rouges.

d. Les fusibles UR Les fusibles ultra-rapides (UR) assurent la protection des semi- conducteurs de puissance et des circuits sous tension continue. Dsignation : diamtre ( mm ), longueur ( mm ), calibre ( A )et type ( g1 , gf ou Am ) Exemple : fusible 10.3 x 38 20 A Am



f. Choix dun fusible Pour choisir un fusible, il faut connatre les caractristiques du circuit protger :

circuit de distribution, fusibles gG; circuit dutilisation moteur, fusible aM.

Une protection par fusible peut sappliquer un dpart (ligne) ou un rcepteur. Le choix du fusible seffectue sur les points suivants :

La classe : gG ou aM. Le calibre In La tension demploi U (infrieure ou gale nominale Un) Le pouvoir de coupure Pdc La forme du fusible (cylindrique ou couteaux) La taille du fusible

Par ailleurs, il faut vrifier que la contrainte thermique du fusible est bien infrieure celle de la ligne protger : I2.t du fusible < I2

g. Avantages et inconvnients dun fusible

.t de la ligne.

Avantages

Cot peu lev ; Facilit dinstallation ; Pas dentretien ; Trs haut pouvoir de coupure ; Trs bonne fiabilit ; Possibilit de coupure trs rapide (UR).

Inconvnients

Ncessite un remplacement aprs fonctionnement ; Pas de rglage possible ; Dsquilibre en cas de fusion dun seul fusible sur une installation triphase ; Surtension lors de la coupure.



2. Relais thermique

a. Rle Le relais thermique est un appareil qui protge le rcepteur plac en aval contre les surcharges et les coupures de phase. Pour cela, il surveille en permanence le courant dans le rcepteur. En cas de surcharge, le relais thermique nagit pas directement sur le circuit de puissance. Un contact du relais thermique ouvre le circuit de commande dun contacteur est le contacteur qui coupe le courant dans le rcepteur.

b. Symbole

c. Constitution

1 Arriv du courant 2 Systme de dclenchement 3 Rglage du calibre de dclenchement 4 Dpart courant 5 Elment bimtallique 6 Contact auxiliaire 7 Bouton de rarmement

7 6



Conducteur pour le

1 Bouton de rglage Ir 2 Bouton Test : L'action sur le bouton Test permet:

- le contrle du cblage du circuit de commande - la simulation du dclenchement du relais (action sur les 2 contacts "O" et "F").

3 Bouton Stop. Il agit sur le contact "O" et est sans effet sur le contact "F 4 Bouton de rarmement et slecteur de choix entre rarmement manuel et auto. 5 Visualisation du dclenchement 6 Verrouillage par plombage du capot

d. Principe de fonctionnement Le relais thermique utilise un bilame form de deux lames minces de mtaux ayant des coefficients de dilatation diffrents. Le bilame sincurve lorsque sa temprature augmente. Pour ce bilame, on utilise un alliage de Ferronickel et de llnvar (un alliage de Fer (64 %) et de Nickel (36 %) avec un peu de Carbone et de Chrome). Si le moteur est en surcharge, lintensit I qui traverse le relais thermique augmente, ce qui a pour effet de dformer davantage les trois bilames. Un systme mcanique, li aux bilames, assure louverture du contact auxiliaire (NC 95-96). Premire Lame passage du courant Support Lame dformable Ensemble bimtal aprs chauffement

1. Principe du dispositif diffrentiel : En cas de coupure de phase ou de dsquilibre sur les trois phases dalimentation dun moteur, le dispositif dit diffrentiel agit sur le systme de dclenchement du relais thermique.



2. Principe de la compensation en temprature

: Afin dviter un dclenchement intempestif d aux variations de la temprature ambiante, un bilame de compensation est mont sur le systme principal du dclenchement. Ce bilame de compensation se dforme dans le sens oppos celui des bilames principaux.

e. Courbe de dclenchement Cest la courbe qui reprsente le temps de dclenchement du relais thermique en fonction des multiples de lintensit de rglage.

f. Classes de dclenchement Il existe quatre classes de relais thermique : 10 A, 10A, 20A, 30A. Ces classes sont fonctions du temps de dclenchement partir de ltat froid (pas de passage pralable de courant).



Ir : courant de rglage du relais thermique.

g. Choix dun relais thermique Le relais thermique se choisit en fonction de la classe dsire et/ou du courant nominal du rcepteur protger. La classe est dfinie en fonction de la dure de dclenchement pour un courant de 7,2 fois le courant de rglage. Classe 10A : Temps de dclenchement compris entre 2 et 10 s. Classe 20 A : Temps de dclenchement compris entre 6 et 10 s. Remarques :

Lorsquun contacteur est muni dun relais thermique, lensemble constitue un discontacteur;

Le relais thermique ne protge pas contre les courts-circuits ; Le relais thermique ne protge pas le moteur en cas de court-circuit, il ne le protge

que contre les surcharges. Il faut donc prvoir un autre quipement, comme un sectionneur porte fusible quip de fusibles de type aM, qui eux ne protgent pas le moteur contre une surcharge mais contre un court circuit ;

On peut galement utiliser un disjoncteur moteur de type magntothermique, qui lui assure les deux fonctions : magntique (court-circuit) et thermique (surcharge).



Tableau de rfrences des relais thermiques selon les zones de rglage

Exemple 1 : Un rcepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 25 A. Une surcharge apparat. On mesure un courant de surcharge de 40 A. 1er cas : pour une dure de surcharge de 10 s, est-ce que le relais thermique dclenche ? 2me

Un rcepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 25 A. Donnez la rfrence du relais thermique choisi.

cas : pour une dure de surcharge de 3 min, est-ce que le relais thermique dclenche ? Exemple 2 :



3. Relais magntique (lectromagntique)

a. Rle Le relais magntique, encore appel relais de protection maximum de courant, est un relais unipolaire (un pour chaque phase dalimentation) dont le rle est de dtecter lapparition dun court-circuit. Il sensuit quil na pas de pouvoir de coupure et que ce sont ses contacts ouverture (91-92) et fermeture (93-94) qui vont tre utiliss dans le circuit de commande pour assurer louverture du circuit de puissance du rcepteur et signaler le dfaut. Ce relais est recommand pour la protection des circuits sans pointe de courant ou au contrle des pointes de dmarrage des moteurs asynchrones bagues.

b. Principe de fonctionnement En fonctionnement normal, le bobinage du relais magntique est parcouru par le courant du court-circuit. En cas de forte surcharge ou de court-circuit, la force engendre par le champ magntique de la bobine devient suprieure la force du rappel du ressort et le relais magntique dclenche.

La raideur du ressort permet de rgler pour quelle valeur du courant se produira la coupure. Le dclenchement est instantan avec un temps de rponse de lordre de milliseconde.



c. Symbole

d. Rglage Le rglage de lintensit de dclenchement sobtient en faisant varier lentrefer du relais laide dune vis (ou une molette) gradue directement en Ampres. Le choix du rglage doit tenir compte :

De lintensit du rglage en service permanent ; De la valeur du rglage qui do it tre suprieure au courant et aux pointes normales.

4. Relais magnto-thermique Cest un dclencheur ou relais maximum de courant qui fonctionne la fois sous laction dun lectro-aimant et sous leffet thermique provoqu par le courant qui le parcourt. Cest lassociation dun relais magntique et dun relais thermique, le premier assurant la protection contre les surintensits brutales (dclenchement instantan), ventuellement les courts- circuits, le second contre les surcharges lentes (dclenchement retard). 5. Discontacteurs Le discontacteur est un contacteur quip dun relais thermique destin assurer la protection contre les surcharges. Le discontacteur :

Permet la commande distance ; Ralise des systmes automatiques ; Dtecte toute coupure de lalimentation ; Assure des verrouillages lectriques ; Spare le circuit de commande du circuit de puissance ; Protge les rcepteurs contre les surcharges.



6. Le Disjoncteur Magnto-thermique

a. Rle Un disjoncteur est un appareil de connexion lectrique capable d'tablir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, ainsi que d'tablir, de supporter pendant une dure spcifie et d'interrompre des courants dans des conditions anormales spcifies telles que celles du court- circuit ou de la surcharge. Cest un organe lectromcanique, de protection, dont la fonction est d'interrompre le courant lectrique en cas d'incident sur un circuit lectrique. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramtres d'une ligne lectrique. Sa principale caractristique par rapport au fusible est qu'il est rarmable.

b. Principe Le disjoncteur assure la protection des canalisations selon 2 principes:

Thermique Magntique

a. Principe thermique Une lame bimtallique (bilame) est parcourue par le courant. Le bilame est calibr de telle manire qu'avec un courant nominal In, elle ne subisse aucune dformation. Par contre si des surcharges sont provoques par les rcepteurs, en fonction du temps, la lame va se dformer et entraner l'ouverture du contact en 0,1sec au minimum.



Circuit ferm Circuit en cours douverture b. Principe magntique

En service normal, le courant nominal circulant dans la bobine, n'a pas assez d'influence magntique (induction magntique) pour pouvoir attirer l'armature mobile fixe sur le contact mobile. Le circuit est ferm. Si un dfaut apparat dans le circuit aval du disjoncteur de canalisation, l'impdance du circuit diminue et le courant augmente jusqu' atteindre la valeur du courant de court-circuit. Ds cet instant, le courant de court-circuit provoque une violente aimantation de l'armature mobile. Cela a comme consquence d'ouvrir le circuit aval du disjoncteur en 0,1sec au maximum.

Fonctionnement NORMAL Aprs dclenchement sur Court-circuit

c. Chambre de coupure Le but de cette chambre est de couper le plus rapidement possible l'arc lectrique qui se produit louverture du contact



Ds la sparation des contacts, larc est dplac vers la chambre de coupure sous leffet de la force dite de Laplace, induite par la gomtrie des contacts fixe et mobile. Au cours du trajet entre les contacts et la chambre, larc est canalis entre deux joues qui permettent : - daugmenter sa vitesse de dplacement, - de guider sa trajectoire, - de lallonger.

c. Symbolisation

d. Caractristiques et classification Les principales caractristiques lectriques des disjoncteurs sont :

La tension assigne d'emploi Ue qui reprsente la tension maximale de fonctionnement du disjoncteur,

Le courant assign In, encore appel calibre , qui correspond la valeur maximum du courant que le disjoncteur peut supporter de manire permanente,

le pouvoir de coupure ultime Icu ou pouvoir de coupure nominal Icn qui correspond l'intensit maximale d'un courant de court-circuit thorique, que le disjoncteur est capable d'interrompre sans risque de destruction, il doit tre suprieur au courant de court-circuit que lon peut atteindre sur la ligne.

Laptitude au sectionnement qui garantit que le disjoncteur est capable d'assurer la sparation des circuits et qu'aucun courant rsiduel dangereux ne peux circuler lorsque l'appareil est ouvert,

Le pouvoir de limitation qui caractrise l'aptitude ne laisser passer qu'une partie du courant lors d'un court-circuit,

Le nombre de ples coups et le nombre de ples protges (4P, 3P,..): il est fonction du rseau et de la charge.

Le modle (modulaire, compact,..) : Le modle est principalement impos par In.



e. Courbe de dclenchement C'est l'association de la courbe de dclenchement du relais thermique et de la courbe de dclenchement du relais magntique.

Courbe de dclenchement du disjoncteur magntothermique

Courbe B Protection des gnrateurs, des lignes de grande longueur, o il ny a pas de pointes de courant. Rglage de Im : 3 5 In. Courbe C Protection gnrale des circuits Rglage de Im : 5 10 In. Courbe D Protection des circuits fort courant dappel (primaires transformateurs BT/BT, moteurs,... ). Rglage de Im : 10 14 In. Le choix du type se fait en fonction du type dinstallation (domestique, distribution, moteur ...).



f. Constitution

g. Diffrentes techniques utilises par les disjoncteurs

1. Thermique Le courant traverse le disjoncteur o des spires de fil chauffent par effet Joule un bilame, si l'chauffement devient suffisamment important, le bilame se dclenche interrompant ainsi le courant. Ce systme lectromcanique est assez simple et robuste. Par contre, il n'est pas trs prcis et son temps de raction est relativement lent. C'est l'une des fonctions classiquement remplie par un fusible gG (anciennement gl - usage gnral) La protection thermique a pour principale fonction la protection des conducteurs contre les chauffements dus aux surcharges prolonges de l'installation.

2. Magntique Un bobinage dtecte le champ lectromagntique gnr par le courant traversant le disjoncteur, lorsqu'il dtecte une pointe de courant suprieur la consigne, l'interruption est "instantane" dans le cas d'une bobine rapide ou "contrle" par un fluide dans la bobine qui permet des dclenchements retards. Il est gnralement associ un interrupteur de trs haute qualit qui autorise des milliers de manuvres.



Ce fonctionnement peut remplacer le fusible sur les courts-circuits ; Suivant le type de disjoncteur, la valeur d'intensit de consigne va de 3 15 fois l'intensit nominale (pour les modles courants) ; Nombreuses courbes de dclenchement pour CC, CA 50/60 Hz et 400 Hz C'est la fonction remplie par un fusible aM (protection des moteurs). La protection magntique a pour principale fonction la protection des quipements contre les dfauts (surcharge de l'quipement, court-circuit, panne, ...). Il est choisi par l'ingnieur qui a le souci de protger son quipement avec trs grande prcision.

Etat normal du disjoncteur Etat du bilame surchauff Etat dun court-circuit

3. Diffrentielle Un disjoncteur diffrentiel est un interrupteur diffrentiel ralisant galement une protection en courant de court-circuit (surcharge). Le principe d'un dispositif diffrentiel courant rsiduel (DDR) est de comparer les intensits sur les diffrents conducteurs qui le traversent. Par exemple, en monophas, il compare l'intensit circulant dans le conducteur de phase, et celle du conducteur de neutre. C'est un appareil de protection des personnes et de dtection des courants de fuite la terre de l'installation lectrique. Le dispositif diffrentiel est bas sur le principe suivant : dans une installation normale, le courant lectrique qui arrive par un conducteur doit ressortir par un autre.



Dans une installation monophase, si le courant dans le conducteur de phase au dpart d'un circuit lectrique est diffrent de celui du conducteur neutre, c'est qu'il y a une fuite. La diffrence d'intensit du courant laquelle ragit un disjoncteur est appele la "sensibilit diffrentielle du disjoncteur" (obligatoirement 30 mA sur les circuits terminaux do mestiques), note In ("i delta n"). Son fonctionnement est trs simple : chaque conducteur passe dans un tore magntique, formant ainsi des champs lectromagntiques de force identique et en opposition qui s'annulent. En cas de diffrence, d'o son nom de diffrentiel, le champ lectromagntique rsultant actionne un dispositif qui coupe immdiatement le courant. On doit avoir donc : Monophas, triphas sans neutre, triphas avec neutre.



h. Diffrentes types de disjoncteurs

Disjoncteur divisionnaire La tendance est au remplacement des fusibles sur les tableaux de distribution d'abonns par des disjoncteurs magntothermiques

Disjoncteur de distribution BT Pour la commande et la protection des circuits de moteurs et de distribution, il existe deux types de construction de disjoncteurs

Les disjoncteurs sur chssis mtallique de 800A 6300A Ils sont le plus souvent commande motorise et munis de relais de protection lectroniques.

1. Disjoncteur divisionnaire (domestique)

La tendance est au remplacement des fusibles sur les tableaux de distribution dabonns par des disjoncteurs magnto-thermiques qui assurent la protection des lignes et des appareils dutilisation. Caractristiques : Rseau 220-380 V, pouvoir de coupure : 6000 A. Calibres : 10-15-20-25-32 A.

2. Disjoncteur industriel BT Pour la commande de la protection des circuits de moteurs et de distribution, il existe deux types de construction de disjoncteurs. a) Les disjoncteurs sous botier moul de 32 1250 A La commande de ces disjoncteurs est en gnral manuelle, ils sont quips de relais thermiques magntiques ou magntothermiques.



b) Les disjoncteurs sur chssis mtallique La commande de ces disjoncteurs peut tre manuelle ou lectrique. Les dclencheurs peuvent tre magntiques, thermiques ou magntothermiques. Caractristiques : Courant nominal thermique : 800 6300 A. Pouvoir de coupure sous 500 V : 70000 A. Pouvoir de fermeture : 175000 A. Dclencheurs magntothermiques rgls de 8 9 In.

3. Disjoncteur moyenne tension MT Ils sont destins la protection des rseaux de distribution, et des postes de transformation,

Documents

Tp Benaired(1)