04 CE 09-Protection des matériels
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Classe Entière n°9 Protection des matériels Nombre d’élèves: classe entière Date: semaine 46 Durée : 2 heures Public: 1ère GE 2 LEGT COLMAR 27, route d’Ingersheim 68025 COLMAR Objectifs Taxonomie 1 2 3 4 C 30 – Identifier les matériels qui concourent à assurer la protection des matériels Centre d’intérêt Protéction des matériels 1/ Introduction Maintenant qu’on sait complètement déterminer un circuit électrique, il faut déterminer les caractéristiques des appareillages de protection qui vont le protéger lui et les appareils qu’il alimente. 2/ Les défauts. 2.1/ Principe de la protection La protection d’un circuit électrique passe par trois étapes : - au départ, apparition d’un défaut (on verra les différents défauts par la suite) - le système de protection doit détecter le défaut (grâce à des principes physiques ) - le système doit éliminer le défaut, ou plutôt en général couper le courant dans le circuit siège du défaut. Ces trois étapes sont résumées dans le schéma suivant : X Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 2/7 2.2/ Les différents types de défaut Il existe trois grande catégories de défauts : - les surintensités les surtensions les baisses de tension Tous ces défauts sont expliqués dans le tableau suivant : Une surcharge n’est pas en général le résultat d’un circuit électrique défectueux. Il résulte juste d’une mauvaise utilisation. Les courts-circuits, au contraire, sont généralement dus à un défaut du circuit électrique. Quelques exemples : - la foudre tombe sur la ligne électrique près d’une habitation (surtension). isolant d’un conducteur entaillé lors de sa pose (court-circuit). Pose d’un radiateur de 1000 W sur un circuit 10 A (pas de défaut). Pose d’un radiateur de 4000 W sur un circuit 10 A (surcharge). Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 3/7 2.3/ Structure des protections Comme on l’a vu dans le premier chapitre de l’année, une des fonctions des tableaux de répartitions est de diviser les installations en plusieurs circuits pour limiter l’influence d’un défaut et faciliter les vérifications. Exemple : 3/ Détection des défauts La deuxième partie vue en introduction est la détection des défauts, qui utilise deux effets physiques du courant : l’effet thermique et l’effet magnétique. 3.1/ L’effet thermique Lorsqu’un conducteur est parcouru par un courant, il s’échauffe. Deux techniques permettent d’utiliser cet échauffement pour détecter un défaut : - L’échauffement des fils fusibles La dilatation de bilames Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 4/7 Le bilame est un élément conducteur formé de deux lames de matériaux différents. Ces deux matériaux sont différents dans la mesure où leur coefficients de dilatation sont différent (un faible et un élevé). 3.2/ Effet magnétique C’est le même effet que celui des électro-aimants. Si le courant est trop élevé, alors l’effet magnétique attire une partie mobile. En diminuant la distance entre les deux parties magnétiques (entrefer), on diminue la valeur du courant qui attirera la partie mobile (figure 4). 4/ Elimination des défauts Pour éliminer le défaut, on ouvre le circuit. Le problème qui apparaît lors de l’ouverture d’un circuit est l’apparition d’un arc électrique. 4.1/ L’arc électrique Lorsque deux pièces sous tension se séparent, l’air se ionise (c’est-à-dire qu’il devient conducteur), d’où l’apparition d’un arc électrique qui continue à laisser passer le courant. On peut le voir en faisant l’expérience suivante : Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 5/7 A la mise sous tension, les électrodes sont en contact. L’ampèremètre mesure l’intensité dans le circuit et le voltmètre indique 0V aux bornes du contact. A la séparation du contact, on constate l’apparition d’un arc électrique. Plus les électrodes s’éloignent, plus la tension d’arc augmente et plus l’intensité diminue. Lorsque la tension aux bornes de l’arc atteint la tension d’alimentation, l’arc s’éteint. Conclusion : pour éteindre l’arc, et donc ouvrir le circuit, il faut allonger l’arc. Remarque : en plus d’empêcher l’ouverture du circuit en laissant passer le courant, l’arc électrique élève la température (plus de 2500 °C), ce qui a tendance à faire fondre les conducteurs et à les souder. 4.2/ Les fusibles Le fusible est simple de fonctionnement puisque une intensité trop importante entraîne la fusion du fil interne. Première étape : Le fort courant provoque l’échauffement du fusible. Deuxième étape : L’échauffement continu. Le fil se dilate. L augmente et S diminue donc R augmente et le circuit continue à s’échauffer. Troisième étape : Le fusible se coupe et un arc commence à se former. Quatrième étape : Fusion du métal. L’arc s’étire. Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 6/7 Cinquième étape : L’arc étiré fini par se couper. 4.3/ La séparation de contacts Pour supprimer l’arc électrique, il faut faire appel à des techniques de coupure qui allonge l’arc jusqu’à sa disparition. Lycée Blaise Pascal 1 GE 2 Classe entière n°9 La protection des matériels 2001 / 2002 Page 7/7 5/ Les caractéristiques des protections. Les caractéristiques communes à tous les appareils de protection des matériels sont les suivants : - - La tension nominale : tension pour lequel le matériel électrique est adapté (230V/400V, 590V/1000V) La tension d’isolement : c’est la tension que peut supporter un appareil sans détérioration de ses isolants. La tension assignée de tenue aux chocs électriques : tension que peut supporter un appareil dans le cas de surtensions d’origines internes ou atmosphériques (6kV, 8kV). Courant nominal : courant que peut supporter l’appareil de protection indéfiniment sans couper le circuit Pouvoir de coupure : courant maximal en kA que peut couper un appareil de protection (si I > au pouvoir de coupure, alors l’arc ne peut être éteint). Nombre de manœuvre ou durée de vie.
