Cours Appareillages Electriques CH2

Cours Appareillages Electriques
FHC Boumerdès
II Appareils de protections électriques :
Les équipements électriques sont dimensionnés et conçu pour fonctionner sous des
conditions nominales de tension et de courant. Il est donc nécessaire de procéder à la
protection des installations contre les surintensités, les surtensions et les manques de tension.
Toute fois, on ne s’intéressera, dans ce cours, qu’à la protection contre les surintensités.
Tout appareil de protection comporte un élément détecteur du défaut et un élément de coupure
du circuit. Les appareils les plus utilisés sont les coupe-circuits et les relais de protections.
II.1 Coupe-circuit à fusibles :
Le coupe-circuit à fusibles est un appareil de connexion permettant d'ouvrir un circuit par
fusion d'un élément calibré. Ils sont symbolisés de la façon suivante :
Fusible
Fusible à percuteur
Sectionneur fusible
Les éléments fusibles peuvent se présenter sous forme de cartouches cylindriques ou de
cartouches à couteau :
a. Coupe-circuit à cartouche cylindrique : il se constitue principalement d’une lame
fusible et d’une cartouche HPC (haut pouvoir de coupure) contenant un sable
réfrigérant et extincteur de l’arc. On l’utilise pour les courants qui avoisinent les 100A,
il se monte généralement avec le sectionneurs.
b. Coupe-circuit à cartouche à couteaux : Il a un pouvoir de coupure de coupure plus
important, il contient :
 Un élément fusible.
 Une enveloppe très solide qui supporte les choques thermiques et
électrodynamiques très importants lors de la coupure ;
 Sable dont le rôle est de refroidir et d’étouffer l’arc ;
 Un système de détection de fusion.
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Coupe-circuit à cartouche cylindrique
Coupe-circuit à cartouche à couteaux
II.2 Relais de protection :
Leur rôle est de détecter le défaut et de commander l’interrupteur à pouvoir de coupure à
l’ouverture. C’est l’action de l’ouverture qui protége le circuit. On distingue trois types : Les
relais thermiques, électromagnétique (magnétique) et magnétothermique.
II.2.1 Relais thermiques :
a. Principe :
Le relais thermique est destiné à assurer une protection contre les surcharges faibles et
prolongées. Quand l’intensité du courant dépasse la valeur de réglage, la bilame qui est
constituée de deux lames métalliques dont le coefficient de dilatation de l’une est très
différent de l’autre, s’incurve sous l’effet de la température dégagée par le courant. Lorsque la
déformation est suffisante, elle provoque l’ouverture de l’interrupteur électrique.
Traversé par le courant
de charge
Contact
(Ouverture / fermeture)
Le symbole d’un relais thermique
La bilame
Relais thermique
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Le relais thermique, quand il est associé a un contacteur, commande ce dernier à l’ouverture
en ouvrant son contacte dans le circuit de commande de ce dernier. Alors que quand il est
associé à un disjoncteur, l’incurvation de la bilame actionne le système de déverrouillage du
disjoncteur.
b. Caractéristique du relais thermique :
Le relais thermique protége contre les surcharges prolongées et dangereuses. Sa
caractéristique thermique défini le temps de retard de son action pour chacune des valeurs du
courant le traversant.
T(temps)
Courant (A)
Ireg = Inom
Caractéristique du relais thermique
A chaque fois que le courant de la surcharge est important le temps de retard à l’action du
relais se réduit. Le temps de retard correspond au temps consommé par la bilame pour
parcourir la distance la séparent du contact. Si le courant est inférieur au courant de réglage
qui est lui-même égal au courant nominale de l’équipement à protéger, le relais ne réagis pas !
II.2.2 Relais électromagnétique (magnétique) :
Il est destine à assurer une protection contre les variations brusques et importantes du
courant de charge. Son action est instantanée.
Le symbole d’un relais thermique
Le relais magnétique
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Le relais magnétique comprend un circuit magnétique qui, lui-même, se compose de deux
parties, une fixe et une autre mobile, d’un bobinage parcouru par le courant à contrôler et d’un
contact fermé au repos.
En fonctionnement normal, le champ magnétique produit par la bobine parcourue par le
courant de charge est insuffisant pour attirer l’armature mobile. Lors d’une surintensité
importante, l’armature est attirée par le champ magnétique et cette dernière ouvre
instantanément le contact dans le circuit de commande du contacteur, si non déverrouille le
disjoncteur et le commande à l’ouverture.
Le réglage de l’intensité de déclenchement s’effectue en agissant sur l’enfer de l’ouverture
mobile, qui est la distance qui sépare les deux parties, fixe et mobile, du circuit magnétique.
II.2.3 Relais magnétothermique :
Le relais magnétothermique se compose d’un élément magnétique et d’un autre
thermique. Il conjugue donc l’action des relais magnétique et thermique. Il est donc destiné à
assurer une protection contre les surcharges prolongées et dangereuses ainsi que les variations
brusques et importantes du courant de charge.
Le symbole d’un relais magnétothermique
T(temps)
Action thermique
Action magnétique
Ireg = Inom
Imax adm
Courant (A)
Caractéristique du relais magnétothermique
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Si Ich ≤ Inom : (le courant de charge est inférieur ou égal au courant nominal de la
charge à protéger), il n’y a donc pas de surcharge, le retard à l’action du relais
magnétothermique est infini, ce qui veut dire que le relais ne réagi pas.
Inom< Ich< Imax adm : (le courant de charge est supérieur au courant nominal de la
charge à protéger est inférieur au courant maximum admissible dans le circuit) c’est la
membrane thermique qui sera appelé à réagir pour protection et son action est retardée.
Ich ≥ Imax adm : ( le courant de charge est supérieur au courant maximum admissible
dans le circuit) c’est la membrane magnétique qui réagira pour protection et son action est
instantanée.
II.4 Les Relais différentiel :
II.4.1 Le relais différentiel monophasé :
Le dispositif différentiel comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont
bobinés le circuit de la phase et du neutre.

En l’absence de fuite ou de courant résiduel de défaut, les flux produits par les
bobines s’annulent, il ne se passe rien.

Si un défaut survient, le courant résiduel de défaut produit un déséquilibre des flux
dans les bobines et un flux magnétique dans le tore apparaît.
La bobine de mesure est le siège d’une force électromotrice (fem) qui alimente un petit
électro-aimant provoquant le déverrouillage du disjoncteur.
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II.4.2 Le Relais différentiel triphasé :
Le système est analogue en triphasé mais comprend quatre
bobines sur le tore (3 phases + neutre). S’il n’y a pas de
courant de fuite la somme vectorielle des courants dans les
trois phases et le neutre est nulle, donc le flux magnétique
équivalent dans le tore est nul aussi. Donc le relais ne réagit
pas.
Par contre, la présence d’un courant de fuite dans l’une des
trois phase provoquera un déséquilibre qui fera réagir le relais.
Relais différentiel pour protection d'une
installation triphasé
II.5 Les relais électromécaniques :
Ce relais est basés sur le principe d'un disque d'induction actionné par des bobines alimentées
par des variables électriques du réseau via des transformateurs de courant et de tension. Un
ressort de rappel réglable détermine la limite de l'action du disque sur un déclencheur (points
de réglage) .
Les équipements électromécaniques sont des assemblages de fonctions : détection de seuils et
temporisation. Ils avaient l’avantage d’être robustes, de fonctionner sans source d’énergie
auxiliaire et d’être peu sensibles aux perturbations électromagnétiques. Ces relais se
démarquent par leur solidité et leur grande fiabilité, pour cette raison, leur entretien est
minime. Ils sont réputés pour leur fiabilité dans les environnements de travail les plus délicats.
Il est néanmoins souhaitable de les contrôler régulièrement, et la périodicité d'inspection
dépend des conditions d'exploitation.
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II.6 Le Relais statique :
Le développement de l’électronique a poussé les protections vers l’utilisation des composants
électroniques discrets et les relais statiques. Ces protections se base sur le principe de la
transformation de variables électriques du réseau, fournies par des transformateurs de courant
et de tension, en signaux électriques de faible voltage qui sont comparés à des valeurs de
référence (points de réglage).
Les circuits de comparaison fournissent des signaux de temporisations qui actionnent des
relais de sortie à déclencheurs. Ces dispositifs nécessitent en général une source
d'alimentation auxiliaire continue :

Ils procurent une bonne précision et permettent la détection des faibles courants de
court-circuit.

Chaque unité opère comme une fonction unitaire et plusieurs fonctions sont
nécessaires pour réaliser une fonction de protection complète.
Relais de mesure de courant sur deux semi-alternances successives
Les Relais numériques :
Avec le développement des microprocesseurs et des mémoires, les puces numériques ont été
intégrées aux équipements de protection.
Les protections numériques, sont basées sur le principe de la transformation de variables
électriques du réseau, fournies par des transformateurs de mesure, en signaux numériques.
L'utilisation de techniques numériques de traitement du signal permet de décomposer le signal
en vecteurs, ce qui autorise un traitement de données via des algorithmes de protection en
fonction de la protection désirée. En outre, ils sont équipés d'un écran d'affichage sur la face
avant pour le fonctionnement local.
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II.4.2- Le choix des protections :
Le choix des protections est effectué pour éviter les effets néfastes des défauts
électriques qui se manifestent sous forme de surcharge du courant ou de déséquilibre.
a. Le choix et réglage du relais thermique : Tout équipement électrique est caractérisé
par une caractéristique thermique qui définie le temps de fonctionnement maximum
admissible pour chaque valeur de courant supérieur au courant nominale, comme il
est caractérisé aussi par une valeur maximale admissible unique de courant. Le temps
de fonctionnement admissible est de moins en moins important à chaque fois que le
courant de surcharge devient de plus en plus grand.
Pour que le relais thermique puisse jouer son rôle, sa propre caractéristique thermique
doit cerner d'un niveau plus bas celle de l'équipement à protéger. Cela permet d'obtenir
l'action du relais avant que le temps admissible de fonctionnement pour l'équipement
ne soit atteint, comme représenter sur la figure suivante :
T(s)
Caractéristique du relais thermique
Caractéristique de la charge à
protéger
I(A)
In
Caractéristique thermique du relais et de la charge à
protéger
Concernant le relais magnétique sa valeur de réglage et toujours inférieur à la valeur
maximale admissible de courant dans le circuit.
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