Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès Cours Appareillages Electriques Ce cours est à usage strictement didactique 1 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I. Appareillages Interrupteurs et Déclencheurs I.1 Définitions : a. Définitions de l’appareillage électrique : L’appareillage est un termes général applicable aux appareils de connexion et à leur combinaison avec des appareils de commande, de mesure, de protection et de réglage qui leur sont associés, ainsi qu’aux ensembles de tels appareils avec les connexions, les accessoires, les enveloppes et les supports correspondants. b. Classement de l’appareillage : On peut effectuer le classement de l’appareillage électrique selon soit le rôle soit la notion du pouvoir de coupure Selon leurs rôles : on retrouve : L’appareillage de connexion : on y retrouve les sectionneurs qui sont des interrupteurs sans pouvoir de coupure. L’appareillage interrupteur de contrôle commande : On y retrouve les contacteurs et les disjoncteurs qui sont des interrupteurs à pouvoir de coupure. L’appareillage de protection : On y retrouve les différents déclencheurs, ou relais, qui détectent les défauts. Selon leur pouvoir de coupure : Appareillage avec pouvoir de coupure : Se sont les interrupteurs de contrôle-commande, ils peuvent ouvrir ou fermer des circuits en charge. Ils sont utilisés pour la mise en marche ou à l’arrêt des machines électriques par exemple. Appareillage sans pouvoir de coupure : Se sont les sectionneurs qui fonctionnent à vide. Ils ne sont jamais utilisés pour l’ouverture des cicruits en charge. c. Notion de pouvoir de coupure : C’est une grandeur très importante pour tout appareil utilisé pour interrompre des circuits en charge. Elle correspond à la valeur maximale de courant que l’interrupteur peut couper en toute sécurité, sans subir des détériorations, (PC= 100A, 600A, 1000A, 10 000A). Chaque manœuvre d’ouverture ou de fermeture d’un circuit en charge s’accompagne d’un arc électrique. L’action thermique de ce dernier peut facilement détériorer les contacts, s’il n’engendre pas d’incidents majeurs. L’extinction de cet l’arc électrique qui apparaît entre les contacts, lors de la coupure, est un problème important pour tout interrupteur. Le dispositif d’extinction adopté pour chaque interrupteur détermine largement le pouvoir de coupure de ce dernier. Parmi les dispositif d’extinction utilisés : Boîtier de rupture ou pare-étincelles ; Balayage mécanique ; Soufflage magnétique ; Chambre d’extinction à huile ; Système à vapeur saturée, à gaz ou à aire comprimé ; I.2- Appareils d’interruptions électriques : a. Définition : L’appareil interrupteur sert à isoler, connecter ou protéger un équipement ou toute une installation électrique. On distingue des interrupteurs sans pouvoir de coupure symbolisés par des sectionneurs, des interrupteurs avec pouvoir de coupure qui sont de deux types, des contacteurs et des disjoncteurs. 2 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.2.1- Appareils interrupteurs sans pouvoir de coupure : Les appareils interrupteurs sans pouvoir de coupure sont symbolisés par des sectionneurs. Ils sont utilisés pour interrompre la continuité d’un circuit. Ne possédant pas de pouvoir de coupure, Ils manœuvrent généralement à vide. Ils permettent des ouvertures visibles lors de l’isolement des installations, surtout pour les moyennes et hautes tensions. Dans la basse tension, les sectionneurs sont fréquemment porteurs de fusibles de protection. Les sectionneurs sont munis très souvent de contacts de pré-coupures qui sont utilisés pour commander à l’ouverture d’autres interrupteurs à pouvoir de coupure. Ses derniers s’ouvrent toujours une fraction de seconde avant l’ouverture du sectionneur, assurant ainsi une ouverture à vide de ce dernier. Les sectionneurs qui ne sont pas munis de contacts de pré-coupures ont très souvent une poignée de commande verrouillable. Symbole de sectionneur non porteur de fusible : Contact de principal Contact de pré-coupure S Commande d’ouverture du sectionneur (manuelle) Symbole de sectionneur La dénomination d’un sectionneur tiens compte du nombre pôles des tensions et d’intensités nominales de l’existence de contacts auxiliaires ainsi que de la nature de commande. Ex : sectionneur sans fusible, tripolaire, tension nominale d’isolement 660 V, intensité 125 A, 02 contacts auxiliaires de pré-coupure, commande par poignée extérieur verrouillable. Symbole de sectionneur porteur de fusible : Contact de principal associé à un fusible Contact de pré-coupure S Commande d’ouverture du sectionneur (manuelle) Symbole de sectionneur porteur de fusible Quant le sectionneur est porteur de fusible, des contacts indiquant l’état des fusibles peuvent être insérés. Leur rôle peut servir à interrompre l’alimentation en cas de réaction d’un des fusibles. Cela empêche le fonctionnement du système en déséquilibre. 3 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.2.2- Appareils interrupteurs avec pouvoir de coupure : I.2.2.1 Le Disjoncteur : a. Définition : Le disjoncteur est un interrupteur électrique avec pouvoir de coupure à commande manuelle, basée sur un système mécanique de verrouillage–déverrouillage, ce qui lui permet d’avoir deux positions de repos, l’une à l’ouverture l’autre à la fermeture et cela que la tension soit disponible ou pas. Les disjoncteurs sont utilisés dans les réseaux de transport, de répartition et de distribution. Ils servent à la mise à disposition de la tension électrique, rarement pour la commande des machines tournantes. Ressort de rappel Système de verrouillage Contacts principaux Les disjoncteurs en position de fermeture Disjoncteur triphasé Pour leur rôle de protection les disjoncteurs sont associés à des relais. Selon le relais qui leur est associé, on trouve, des disjoncteurs thermiques, magnétiques et magnétothermique. b. Symboles des disjoncteurs : On retrouve trois symbole de disjoncteurs, selon les relais qui leurs sont associés. Symbole des disjoncteurs magnétiques Symbole des disjoncteurs thermiques Symbole des disjoncteurs magnétothermique L’action des relais thermiques et magnétiques, à la détection du défaut consiste à agir sur le système de déverrouillage pour provoquer l’ouverture du disjoncteur. L’action des deux relais et différente, mais ils agissent sur le même mécanisme de déverrouillage. 4 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.2.2.2 Le Contacteur : a. Définition : Le Contacteur est un interrupteur électrique avec pouvoir de coupure à commande électrique, n’ayant qu’une seule position de repos correspondant à l’ouverture du circuit. Ils sont destinés à ouvrir ou fermer un circuit de puissance en agissant sur un autre circuit parcouru par un faible courant, appelé circuit de commande. A Symbole du contacteur triphasé Bobine du contacteur Contacts principaux Contacts auxiliaires Le contacteur se compose de deux parties : Le circuit de puissance : Il est parcouru par le courant de charge. Il se constitue de contacts principaux, fixes et mobiles et de dispositif d’extinction de l’arc. Le circuit de commande : Alimenter par un faible courant, constitué de la bobine qui est l’organe moteur qui entraîne la fermeture des contacts, de contacts de commande ainsi que des contacts auxiliaires. b. Le principe de fonctionnement d’un contacteur : Le circuit de commande du contacteur est alimenté à travers un transformateur abaisseur, il contient une bobine et deux bouton poussoir, bouton "Marche" qui est ouvert au repos et le bouton "Arrêt" qui au contraire fermé au repos et un circuit ferromagnétique lui-même constitué de deux parties, l’une fixe et l’autre mobile. En fermant le contact "Marche" la bobine est traversée par un courant et un champ magnétique apparaît dans le circuit ferromagnétique, ce qui fera attiré l’autre partie mobile de ce dernier, et cela va entraîner les contacts principaux mobile du contacteur et provoquera la fermeture du circuit. La fermeture des contacts principaux est accompagnée par la fermeture des contacts auxiliaires, l’un de ces derniers est monté en parallèle avec le bouton "Marche" il est appelé le contact d’auto-maintien car il assure la continuité de l’alimentation de la bobine quand le bouton poussoir "Marche" regagne sa position d’ouverture, qui est la sienne au repos. Pour la commande à l’ouverture, il suffis d’actionner dans le circuit de commande le bouton poussoir "Arrêt", ce dernier s'ouvre, la bobine sera désalimentée, le champ magnétique va disparaître, les deux parties du circuit ferromagnétique se relâchent, il y a un ressort de rappel qui fera remonter les contacts principaux mobiles dans le circuit de puissance ainsi que les contacts auxiliaires et le contacteur se retrouve ouvert. 5 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès Circuit de puissance Circuit de commande Transformateur abaisseur Bobine du contacteur Bouton poussoir "Marche" A Contacts principaux Bouton poussoir "Arrêt" Contacts auxiliaires Un contacteur triphasé avec le circuit de commande branché Quand les contacteurs sont associés à des relais, on les appelle : Discontacteurs. Ce qui est très souvent le cas pour les besoins de protection. Selon le relais qui leur est associé, on trouve, des discontacteurs thermiques, magnétiques et magnétothermique. A Contacts auxiliaires Bobine du contacteur Contacts principaux Symbole d’un discontacteur magnétothermique triphasé Les contacts des relais de protection sont insérés en série avec la bobine du contacteur dans le circuit de commande. L’action des relais consiste à ouvrir leur contact ce qui isolera le bobine, le champ magnétique disparaîtra et le contacteur s’ouvre. 6 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.3. Utilisation des contacteurs pour la commande des machines électriques : Les contacteurs sont très utilisés dans l’alimentation des machines électriques. On les utilise dans les alimentations à démarrage direct, démarrage étoile triangle et pour un double sens de rotation, comme on les retrouve aussi dans différent système de commande de différentes machines faisant appel au verrouillage électrique. I.3.1 Alimentation direct : Pour l’alimentation des machines on fait appel à un sectionneur, qui peut être muni de fusibles, ainsi qu’un discontacteur, qui est un contacteur associé à un relais thermique ou magnétothermique. L1 L2 L3 Sectionneur M Contacteur Ar A C1 C2 Caux Relais Magnétothermique Contacts des relais thermique et magnétique Moteur Schéma d’alimentation d’un moteur en utilisant, dans l’ordre, un sectionneur porteur de fusible et un discontacteur magnétothermique 7 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès Le sectionneur est utilisé pour isoler la partie de l'installation en aval. Il ne manœuvre qu’à vide. Il est doté de fusibles. Le contacteur assure les manœuvres de fermeture et d’ouverture en charge. Il est commandé manuellement à travers les boutons poussoirs "Marche" et "Arrêt" Les relais magnétique et thermique ont deux contacts insérés dans le circuit de commande du contacteur. Dès qu’un défaut est détecté par l’un des deux relais son action est d’ouvrir un de ces deux contacts et le contacteur s’ouvre protégeant ainsi le moteur. Dans cet exemple, le sectionneur n’est pas muni de contact de pré-coupure. Si c’est le cas et surtout quant l’alimentation du circuit de commande est indépendante ou tirée en amont du sectionneur, le contact de pré-coupure du sectionneur est inséré en série avec la bobine du contacteur et les contacts des relais. L1 L2 L3 Contact de pré-coupure du sectionneur Sectionneur S M Contacteur KM Ar A C1 C2 Caux Relais Magnétothermique Contacts des relais thermique et magnétique Moteur Schéma d’alimentation d’un moteur en utilisant un sectionneur porteur de fusible muni de contact de pré-coupure et un discontacteur magnétothermique 8 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.3.2 Démarrage Y-∆ (étoile triangle) : Au démarrage des moteurs électrique, le courant d’appel est très important, ce qui provoque un sur échauffement des enroulements du moteur et des fois, quand le moteur est très puissant, la perturbation du réseau d’alimentation. Le démarrage étoile triangle revient à appliquer au moteur au moment de démarrage une tension simple au lieu d’une tension composée, une fois que la vitesse du moteur se stabilise on bascule très vite vers le branchement triangle. La commande du démarrage étoile triangle fait appel a deux contacteurs commandés par un commutateur "C" avec position milieu ouverte. L1 L2 L3 Sectionneur KM- ∆ KM- Y AY C2 C A∆ Moteur Schéma de commande pour démarrage Y-∆ (étoile triangle) 9 Kifouche Rezki C1 Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.3.3 Inversement du sens de rotation des machines électriques : L’inversion du sens de rotation est très répondue dans l’industrie. Pour la réaliser, il suffit de croiser deux lignes électriques alimentant le moteur. Pour une machine asynchrone triphasé, inverser son sens de rotation revient à inverser deux phases. Pour cela on fait appel un contacteur inverseur, qui se constitue de deux contacteurs avec leurs deux circuits de commandes en montage combiné. Les contacteurs utilisés doivent avoir chacun deux contacts auxiliaires au moins, de telle sorte à ce que chacun aura un contact auxiliaire qui s’ouvre (Caux12 et Caux22) et un autre qui se ferme (Caux11 et Caux21) à la fermeture. Ceux qui se ferment à la fermeture (Caux11 et Caux21) accompliront la fonction classique du contact d’auto-maintien, alors que ceux qui s’ouvrent à la fermeture (Caux12 et Caux22) seront utilisés pour verrouiller l’autre contacteur étant chacun d’eux inséré en série avec la bobine du circuit de commande de l’autre contacteur. Le verrouillage électrique réalisé empêche et protége contre l’apparition d’un court circuit à l’instant de l’inversement du sens de rotation en évitant la possibilité de la mise en fonctionnement des deux contacteurs en même temps. L1 L2 L3 Sectionneur KM2 KM1 M1 Ar A1 C1 Caux22 C2 Caux11 M2 A2 Caux12 Caux21 Moteur Asy Schéma de commande pour pour l'inversement du sens de rotation des machines électriques 10 Kifouche Rezki Cours Appareillages Electriques FHC Boumerdès I.4 Le choix de l’appareillage d’alimentation : I.4.1 Le choix des interrupteurs : Parmi les interrupteurs utilisés on cite : Le sectionneur, le contacteur, les relais magnétique et thermique. a. Le choix du sectionneur : Le choix du sectionneur est effectué selon : Nombre de pôles ; la tension nominale ; Courant nominal ; Contacts auxiliaires ; Nature de la commande ; Porteur de fusible ou pas ; Système de fixation. b. Le choix d’un contacteur : Le choix d'un contacteur est fonction de la nature et de la valeur de la tension du réseau, de la puissance installée, des caractéristiques de la charge, des exigences du service désiré. Tension nominale d'utilisation Un : c'est la tension d'utilisation du contacteur. Courant nominal d'utilisation In : c'est le courant d'utilisation du contacteur. Courant nominal thermique Ith : c'est la valeur du courant servant de base aux conditions d'échauffement du circuit principal. Le contacteur doit être capable de supporter Ith de façon permanente, les contacts principaux étant fermés, sans que l'échauffement des différentes parties ne dépasse les limites fixées. Pouvoir de coupure : c'est la valeur efficace du courant maximal que le contacteur peut couper, sans usure exagérée des contacts. Le pouvoir de coupure dépend de la tension du réseau. 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 établir, sans soudure des contacts. Robustesse mécanique : c'est le nombre de cycles de manœuvres (fermeture + ouverture), à vide (sans courant dans les pôles), susceptible d'être effectué par le contacteur, sans aucun entretien. Endurance électrique : c'est le nombre de manœuvres maximal que peut effectuer le contacteur. Ce nombre dépend du service désiré. Facteur de marche : c'est le rapport entre la durée de passage du courant et la durée d'un cycle de manœuvre. 11 Kifouche Rezki