APPAREILLAGES ELECTRIQUES

Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
Tale
STI2D
APPAREILLAGES ELECTRIQUES
Cours
CI1 : Typologie des systèmes énergétiques
EE
APPAREILLAGES ELECTRIQUES
1. Introduction
Entre le réseau d’alimentation électrique et les récepteurs, un certain nombre d’appareillages
interviennent.
1.1. Appareillages de commande
Un
appareil
connex ion,
de
capable
commande
d’ établir,
est
de
un
appareil
supporter
et
mécanique
de
d’interrompre
des
courants dans les con dit ions n ormales du circuit, y compris les
conditions de surcharges en service. Il permet la mise en ou hors
tension d’un circuit o u d’ un appareil.
L’interrupteur et le contacteur sont les appareils de base qui réalisent cette fonction.
Il existe deux types de commandes :
La commande manuelle réa lis ée par l’interrupteur.
La commande automatique fait e par le contact eur.
1.2. Appareillages de protection
La fonction de protection permet d’éviter les risques liés à l’énergie électrique. On distingue :
La protection des personnes :
-
par isolation des circuits électrique en vue de travaux o u
d’intervention (sectionn eur).
-
par coupure automatique en cas de défaut d’ isolement d’ un
récepteur (int errupteur différ entiel).
La protection des biens et des matériels par coupure automatique en cas de surintensités :
de t ype co urt-cir cuit (fus ible).
de t ype sur charge (fus ible ou relais thermique).
de t ype déséquilibre de phas e (r elais th ermique).
Remarque : Les disjoncteurs peuvent assurer l’ensemble de ces protections.
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2. Les sectionneurs
2.1. Rôle
Le section neur est un appareil mécanique de con nexion capable
d'ouvrir et de fermer un circuit lorsque le courant est n ul ou
pratiquement nul, afin d'isoler la partie de l'installatio n en aval
du s ectionn eur.
2.2. Symboles
Unipolaire
Tripolaire avec contacts de pré-coupure
et poignée de manœuvre
Unipolaire + Neutre
2.3. Caractéristiques
Les
sectionneurs
n'ont
pas
de
pouvoir
de
co upure
ou
de
fermeture.
La coupure doit être vis ible soit directem ent par observation de
la séparation des contacts , soit par un in dicateur de position s i
les co ntacts ne s ont pas vis ibles.
Les sect ionneurs peuvent être verrouillables en pos ition ouverte
par un cadenas. C'est une sécurité lorsque, sur un circuit, des
personnes travaillent en ava l d' un sectionneur.
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2.4. Différents types de sectionneurs
2.4.1. Sectionneur domestique
La
fonction
sectionn eur
est
o bligato ire
au
départ
de
chaque circuit. Elle est réalisée par des sect ionneurs à
fusibles incorporés, avec coupur e du neutre.
2.4.2. Sectionneur BT industriel
Cet
appareil
assur e
la
fon ction
sectio nnem ent,
au
départ
des
équipem ents. Il comporte des f usibles de protection a insi que des
contacts auxiliair es (dit de pré-coupure) qui évitent l'ouverture en
charge du sectionneur par coupure du cir cuit de comman de des
contacteurs.
Sectionneur tripolaire 32 A
Remarque :
Sectionneur tripolaire 125 A
En enlevant les cartouches fusibles d'un sectionneur triphasé, on peut n’alimenter que le
circuit de commande d'un équipement; cela est très utile pour la maintenance.
3. Les fusibles
3.1. Rôle
Un
fusible
est
un
appareil
de
protection
dont
la
fonct ion
est
d'ouvrir, par la fusion d'un ou de plus ieurs de ses éléments con çus
et
calibrés
à
d'interrompre
cet
le
eff et,
le
courant
cir cuit
lorsq ue
dans
lequel
celui-ci
il
dépasse,
est
ins éré
pendant
et
un
temps suffisant une valeur précisée.
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3.2. Symbole
3.3. Constitution
Fil
fusible
Tube isolant en
en
céramique
allia ge m étallique
(Al, Cu, Zn , Ni, Ag)
Matière
in erte
en
poudre
(silice ou ma gnés ie)
Zones de contact
Cartouche fusible cylindrique
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Cartouche fusible à couteaux
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3.4. Caractéristiques physiques des fusibles
3.4.1. Classes
Il existe plusieurs types de cartouches dans le commerce dont les plus répandus sont :
Classe gF :
Cartouche
à
usage
dom estique
assurant
la
protectio n
contre les surchar ges et les court s-circuits.
(Écriture noire + bague de couleur : jaune = 10A, rouge = 16A, verte = 20A...)
Classe gG :
Cartouche à usage in dustriel permettant une protectio n
contre tous les t ypes de s urintens ités.
(Écriture noire.)
Classe aM : Cartouche à
usage industriel,
pour
l’accompagnem ent
moteur. Ces fus ibles comm encen t à réagir à 4×In et n e
protège donc que contre les cour ts-circuits, la protection
contre
les
surcharges
étant
assurée
par
un
relais
thermique.
(Écriture verte.)
Remarque : Il existe aussi :
Classe uR : (Ultra Rapide) C e t ype de f usible est utilis é en électronique et
électronique
composants
de
puissance
semi-con ducteurs.
p our
I ls
la
protection
protègent
contre
des
les
courts-cir cuits.
3.4.2. Intensité nominale In
L'intensité nomina le est l'int ens ité qui peut traverser in déf inim ent
un fus ible sans provoquer n i échauff ement anormal, ni fusion.
C'est le calibr e du fus ible.
3.4.3. Pouvoir de coupure (PdC)
Le pouvoir de coupure est le courant maximal qu'un fusible peut couper sans que la tension de
rétablissement ne provoque un réamorçage de l'arc. Les fusibles possèdent des pouvoirs de coupure
élevés (80 à 170 kA).
3.4.4. Courbe de fonctionnement d'un fusible
On exprime le temps de fusion en fonction de l'intensité. Les courbes données page suivante donne ces
temps pour les deux principales classes de fusible.
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Courbes de fusion des cartouches type gG
Courbes de fusion des cartouches types aM
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4. Les relais thermiques
4.1. Rôle
Le rela is thermique assur e un e protection des mot eurs contre les
surintensit és
de
type
surcharge
ou
dés équilibre
de
phase.
Ces
surintensit és provoquent un éch auffement du circuit électriq ue du
moteur (bob inages) entraînant leur dét érioration.
4.2. Symbole
4.3. Constitution / Principe
4.3.1. Circuit de détection
Trois bilames métalliques const itués de deux lam es à co efficient de
dilatation
diff érent sont placés en série avec chaque phase. Le
passage du co urant autour des b ilames provoque leur échauff em ent
et leur déformation.
4.3.2. Circuit de commande
Le relais thermique possède :
Un contact à ouverture placé en série avec l’alimentation du
circuit de comman de, p ermettent de co uper l’alimentation du
contacteur (et donc celle du moteur).
Un contact à ferm eture perm ettant la signalisat ion du défaut.
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4.4. Fonctionnement
4.4.1. Déclenchement par surcharge triphasée
Les
trois
bilames
directement
les
se
dilatent
contacts
du
simultaném ent
circuit
de
et
action nent
commande,
co upant
l’alim entation du moteur.
4.4.2. Déclenchement par déséquilibre (ou coupure) de phase
En cas de coupure d’une phase ou de déséquilibre accidentel sur les trois phases d’alimentation d’un
moteur, un dispositif dit différentiel est monté sur le relais thermique.
Lors
de
l’absen ce
d’un e
phase,
la
dilatation
des
b ilam es
est
diff érente, un levier est alors déséquilibr é et a git sur le s ystèm e d e
déclen chem ent du rela is thermique.
4.5. Déclenchement
4.5.1. Classes de déclenchement
Il existe trois classes de relais thermiques selon le temps de démarrage td des moteurs (pour éviter un
déclenchement pendant la surintensité due au démarrage) :
Classe 10A et 10 : déclenchement normal (td < 10s).
Classe 20 : déclenchement faiblement temporisé (td < 20s).
Classe 30 : déclenchement fortement temporisé (td < 30s).
4.5.1. Courbes de déclenchement
Cette
courbe
déclen chem ent
représent e
en
le
t emps
fon ction
de
des
multiples du co urant de réglage.
1 : Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du
courant (à froid).
2 : Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du
courant (à froid).
3 : Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du
courant de réglage (à chaud).
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5. Les interrupteurs
5.1. Symbole
Interrupteur
unipolaire
Interrupteur
bipolaire
Interrupteur
sectionneur
Interrupteur
sectionneur
porte fusible
5.2. Fonctions réalisées
Les interrupteurs permettent d’établir, de supporter et d’interrompre des courants par une action
manuelle volontaire. Ils possèdent deux positions de repos : ouvert ou fermé.
Ils peuvent réaliser d’autres fonctions :
Interrupteur-sectionneur, avec coupure visible et verrouillage.
Interrupteur-fusibles, avec porte-fusibles.
Interrupteur télécommandé, avec commande électrique.
Interrupteur différentiel, avec un relais type DDR.
5.3. Constitution
On distingue les interrupteurs domestiques, surtout utilisés pour l’éclairage, des interrupteurs
industriels, souvent employés pour la commande de circuits de chauffage ou de force motrice.
Interrupteur domestique
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Interrupteur sectionneur 20 A
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Interrupteur sectionneur
porte fusible 125 A
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6. Les contacteurs
6.1. Symbole
Contacteur tripolaire avec contacts auxiliaires
6.2. Fonctions réalisées
Le contacteur est un appareil de connexion à commande électr ique,
actionné à distan ce et automat iquement. La commande peut-être
électrique (le plus so uvent), pneumatique o u hydraulique. Il ass ur e
la
protection
contr e
les
ba iss es
de
t ension
et
les
co upures
de
courant.
Le contacteur associé à d’autres appareils peut réaliser diverses fonctions :
Protéger
un
récepteur
contre
les
s urcharges
avec
un
relais
thermique. C’est un disco ntacteur.
Protéger un r écepteur co ntre les surcharges et les co urts-cir cuit s
avec
un
relais
magn éto-therm ique
et
des
pôles
avec
un
fo rt
pouvoir de coupure. C’ est un con tacteur-disjon cteur.
Provoquer un arrêt d’urgence, lorsqu’il est comman dé par un
bouton poussoir arrêt d’urgence.
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6.3. Constitution
Un contacteur comporte des contacts électriques qui sont actionnés par un électro-aimant dit
contacteur à translation.
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
⑫
⑬
⑭
⑮
Support contacts mobiles de pôle
Contact mobile de pôle NO
Contact mobile auxiliaire NC
Boîtier de pôles et chambres de coupure de l’arc
Connexion puissance
Contact fixe de pôle NO
Contact fixe auxiliaire NC
Socle
Amortisseur de choc de l’électro-aimant
Partie fixe de l’électro-aimant
Bague de déphasage
Bobine d’attraction
Ressort de rappel de la partie mobile de l’électro-aimant
Partie mobile de l’électro-aimant
Glissière permettant l’adjonction de contacts auxiliaires
instantanés et temporisés
6.4. Différents organes
Pôles
ou
contacts
Ce
principaux :
sont
les
éléments
qui
assuren t
l’établis sem ent et la coupur e de l’alim entation du circuit.
Electro-aimant : Organe
de
manœ uvre
du
conta cteur,
il
peut
êtr e
l’auto-alimentation,
les
aliment é en courant alt ernatif o u en courant cont inu.
Contacts
auxiliaires :
Destin és
à
a ssurer
asservissements, les verrouilla ges , la signalisation des contacteurs
dans les équipem ents, les conta cts auxiliaires sont à ouverture o u
à fermeture.
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7. Les disjoncteurs
La protection par disjoncteur des installations électriques a tendance à remplacer de plus en plus les
fusibles. En effet, le disjoncteur peut également réaliser les fonctions de sectionnement, de baisse de
tension, de télécommande et de signalisation. On le préfère aussi pour des raisons de maintenance et
d'automatisation des installations.
7.1. Règles pour la protection par disjoncteur
7.1.1. Les surcharges
La protection contre les surcharges est assurée par la coupure du circuit qui doit intervenir avant un
échauffement anormal de la canalisation.
7.1.2. Les courts-circuits
Le pouvoir de coupure du disjoncteur soit être supérieur au courant de court-circuit (PdC > Icc), comme
pour les fusibles.
7.2. Constitution des disjoncteurs
7.2.1. Définition
Un disjoncteur est un appareil mécanique de connexion capable d'établir, de supporter et d'interrompre
des courants dans les conditions normales du circuit. Il peut aussi supporter pendant une durée
spécifiée et interrompre des courants dans des conditions de surintensités.
7.2.2. Symbole
Unipolaire
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Unipolaire + Neutre
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Tripolaire
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7.2.3. Constitution générale
C'est l'association d'un ensemble de contacts avec un grand pouvoir de coupure et d'un système de
protection contre les surcharges et les courts-circuits.
Principe de la détection des surcharges
Disjoncteur unipolaire + neutre
Principe de la détection des courts-circuits
7.2.4. Commande du circuit
La coupure du circuit doit être exécutée même en cas de court-circuit. Le pouvoir de coupure du
disjoncteur doit être supérieur au courant de court-circuit pouvant prendre naissance dans le circuit à
protéger.
Les disjoncteurs peuvent également effectuer toutes les manœuvres de commande d'ouverture et de
fermeture des circuits.
Remarque :
Le disjoncteur peut-être muni de déclencheurs à courant résiduel de défaut ou de baisse
de tension, ces systèmes pouvant être temporisés ou non.
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7.3. Caractéristiques d'un disjoncteur
7.3.1. Grandeurs physiques
Courant assigné ou nominal (In) :
Le co urant assign é o u nominal (In) est la va leur du courant que
peut
supporter
indéfin iment
un
dis jonct eur
sans
écha uffement
anormal. On l’appelle a ussi calibre du dis jonct eur.
Courant de réglage (Ir) :
Le courant de régla ge Ir est le courant maximal que peut suppo rter
le
disjon cteur
sans
déclen ch ement.
Ce
co urant
est
lié
au
déclen cheur thermique, en génér al de 0,7 à 1 × In.
Courant de fonctionnement (Im) :
Le courant de fon ctionn ement Im est le courant de fon ctionn ement
des
déclench eurs
magnét iques ,
en
cas
de
court-circuit.
Les
déclen cheurs magnét iques ont pour rôle de provoquer l’ouver ture
du disjo ncteur en cas de surintensité brutale ou de co urt-circuit .
La valeur de Im peut var ier entre 2,8 × In et 15×
× In.
Tension assignée ou d’emploi (Ue) :
La tension assignée ou d’ emplo i Ue est la tens ion pour laquelle
l’appareil peut être utilisé.
Pouvoir de coupure (PdC) :
Le pouvo ir de co upure est la p lus gran de intens ité de courant de
court-cir cuit qu’un dis jonct eur peut int errompre, sous une tens ion
donnée (ex : 50 kA sous 400 V).
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7.3.2. Courbes de déclenchement
C’est
l’association
de
la
courbe
de
déclenchem ent
du
relais
thermique est de la courbe de déclen chem ent du rela is ma gnétiq ue.
Symbole du relais thermique :
Symbole du relais magnétique :
Plage
de
r égla ge
thermique
Déclen cheur
thermique
Plage
de
r égla ge
magnétique
Déclen cheur
magnétique
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7.3.3. Courbes de déclenchement normalisées
Pour les disjoncteurs modulaires où les relais thermiques et magnétiques ne sont pas réglables, il existe
différentes situations. Les principales sont :
Courbe de type B :
Elle
assure
la
protection
des
personnes,
des
gén érateurs, des lign es de grande lon gueur, o ù
il n’ y a pas de point es de co urant.
La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est
comprise entre 3,2 et 4,8 × In.
Courbe de type C :
Elle assur e la protect ion gén érale des circuits.
La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est
comprise entre 7 et 10 × In.
Courbe de type D :
Elle assure la protection des circuits à fort
courant d’appel : transformateur s, moteurs.
La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est
comprise entre 10 et 14 × In.
Courbes de type Z :
Elle assure la protection généra le des cir cuit s
sensibles.
La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est
comprise entre 2,4 et 3,6 × In.
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7.3.4. Classification des disjoncteurs
Disjoncteurs divisionnaires :
Les
dis jonct eurs
divisionna ires
sont
situés
s ur
les
tableaux de distribut ion termin ale, et remp lace de plus
en plus les f usib les.
Ces
disjon cteurs
caractéristiques
sont
sont :
de
forme
tension
mo dula ire.
d’emplo i
L eurs
230 / 400 V,
calibre de 1 à 63 A.
Disjoncteurs de distribution BT :
Ces
disjonct eurs
distribut ion
sont
d’ éner gie
ut ilis és
en
BT
et
pour
pour
la
la
protection des moteurs de forte p uissance.
Ils sont réalis és en boîtier mo ulé et équipés
de relais th ermiques.
Leurs
caractéristiques
sont :
tension
d’emplo i 230 à 690V, calibre de 80 à 3200
A et un pouvoir de coupure de 25 à 150 kA.
Disjoncteurs sur châssis métalliques :
Les disjoncteurs sur châssis métalliques, destinés à de très grosses intensités (de 800 à 6300 A) sont le
plus souvent à commande motorisée et munis de relais de protection électronique.
Disjoncteurs moyenne et haute tension :
Destinés à la protection des réseaux de distribution et des postes de transformation, ces disjoncteurs
utilisent la coupure dans l’hexafluorure de soufre (SF6).
Pour les disjoncteurs HT, un pôle de disjoncteur est constitué d’une ou plusieurs chambres de coupures.
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8. Exercice
Identifier clairement les différents éléments du schéma suivant :
L1, L2 L3
Q1
Q2
Q3
KM1
KM2
KM3
Lign es
d’alimentation
triphasé 1, 2 et 3
Sectionn eur porte fus ible
(+ pré-coupur e)
Disjo ncteur
magnéto-
thermique
Coupe
circuit
phase
+
neutre
Contacteur
moteur
temporisation
Contacteur moteur 2
Contacteur moteur 3
CI1-Appareillages_electriques
1
+
T1
F1
M1
S1
S2
S3
H1
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Transformateur
400 V
/
24 V
Relais th ermique
Moteur
as ynchrone
triphasé
Coup
de
po ing
d’arrêt
d’urgence
Bouton poussoir d’arrêt
Sélect eur (commutateur)
Voyant (présen ce t ension )
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