LA PROTECTION DES MATÉRIELS

COURS : La protection des matériels
CI : Protection des personnes et des matériels
LA PROTECTION DES MATERIELS
OBJ
ECT
IFS
DU
CO
U RS
• Conna î tre le principe de fonctionnement des dispositifs de protection des matériels ( relais
thermique, fusible, disjoncteur magnétothermique).
• Savoir d écoder un document constructeur afin de relever les principales caractéristiques
d 'un dispositif de protection des mat é riels.
• Conna î tre l ' objectif de la sé lectivité des protections.
1 . Nature des perturbations
Tout phé nom è ne qui engendre une modification , plus ou moins grande, des valeurs nominales des
grandeurs : tension , courant, est une perturbation . Ces perturbations sont de trois types :
les surintensités : - les surcharges,
- les courts circuits,
les surtensions,
^ les baisses et manques de tension.
Nature des perturbations
Les surintensit és
© Les surcharges
Temporaires
Effets
Causes
-
Dé marrage ou freinage d’ un
Moyens de protections
- Feu de risques.
- Pas de coupure envisagée.
- Echauffement lent et
progressif :
vieillissement des
isolants,
destruction des isolants,
incendies.
- Coupure retard ée mais
devenant rapide si l ' amplitude
de la surcharge est importante.
- Appareils de protection :
disjoncteur avec
déclencheur thermique,
relais thermique.
moteur .
-
I
IT
In
« Prolongées
t
Rupture d’ une phase
d’alimentation d ’ un moteur.
- Moteur en dépassement de
charge.
- Fonctionnement abusif et
simultané de plusieurs
appareils é lectriques.
-
Ip
In
t
© Les courts circuits
*
- Coupure et mise en contact
de câ bles d’alimentation .
Icc
- Destruction des c â bles, voire
du maté riel.
- Incendies.
- Risque d ’accident corporel
par br û lure.
- Coupure instantanée.
- Appareils de protection :
^ disjoncteur avec
déclencheur magnétique,
relais magnétique,
fusible.
In
t
>
- Augmentation brutale de la
tension due :
Page l -1- / 12
- Destruction des isolants.
- Coupure instantanée.
- Appareils de protection :
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relais de surtension ,
parafoudre.
^ à des contacts
accidentels avec la H . T,
à des conditions
atmosphériques : coup de
Les surtensions
Les baisses et manques de
tension
foudre.
- Chute de tension trop
importante due à un
dé séquilibre du réseau .
Mauvais fonctionnement des
récepteurs ( moteurs, maté riels
informatiques, . . . ).
-
Coupure instantanée .
Appareils de protection :
^ relais à minimum de
tension .
-
Remarques :
S Les surcharges : courant de 10 x In pendant un temps assez long.
S Les courts circuits : courant de 100 x In pendant un temps très court .
2. La protection contre les surcharges : le relais thermique
2.1. Symbole
1
3
F
2
4
5
h
F
r\
OA
2.2. Constitution
97
o«
Sch é ma
de
’-w-commande
Schéma de puissance
©
®
©
©
©
Arrivé du courant
Système de déclenchement
R églage du calibre de déclenchement
Dé part courant
Elément bimétallique
Contact auxiliaire
Bouton de réarmement
2.3. Principe de fonctionnement
Il est constitué d ' un bilame métallique composé de deux lames à coefficient de température diffé rent .
Le passage du courant, s’ il est supé rieur à la valeur de réglage du relais, provoque r échauffement et la
déformation du bilame. Un contact é lectrique (contact NF) associé à ce bilame, déclenche le circuit de
commande.
Le relais thermique est généralement :
différentiel ,
et / ou
^ compensé.
© Principe du dispositif différentiel
En cas de coupure de phase ou de déséquilibre sur les trois phases d ' alimentation d ’ un
moteur, le dispositif dit différentiel agit sur le systè me de déclenchement du relais thermique.
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© Principe de la compensation en température
Afin d’éviter un déclenchement intempestif d û aux variations de la température ambiante, un
bilame de compensation est monté sur le systè me principal du déclenchement. Ce bilame de compensation se
déforme dans le sens opposé à celui des bilames principaux .
i
\
Déflexion
des bilames
principaux
Déflexion du bilame de
compensation
contact fixe
contact mobile
Principe de la compensation
de la température ambiante
2.4. Montages du relais thermique
• En réseau triphasé
L1
L2
L3
1
3
5
• En réseau monophasé
i
F
1
3
5
2
4
6
F
2
4
6
2.5. Classes de déclenchement
Il existe quatre classes de relais thermique : - 10 A,
- 10,
- 20,
- 30.
Ces classes sont fonctions du temps de déclenchement à partir de l’état froid ( pas de passage
préalable de courant ).
Tableau des classes de déclenchement
1,05 Ir
!
7,2 Ir
1,5 lr j
1,2 lr
Temps de déclenchement
à partir de l' état froid
Classe
! < 2 min ! 2 s < t p < 1 0 s
10A
>2h
<2h
10
>2h
< 2 h ! < 4 min
Ir : courant de réglage du relais
thermique.
2 s < tp < 10 s
i
20
:
> 2 h j < 2 h j < 8 min ; 2 s < tp < 20 s
30
i
> 2 h i < 2 h j< 12 min: 2 s < tp < 30 s
2.6. Exemple de déclenchement en fonction du courant et du temps de surcharge
Le relais thermique possède une certaine plage de réglage de son intensité de déclenchement Ir.
On règle toujours le relais à la valeur nominale du courant absorbé par le récepteur qu’il protège Ir =
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In .
Courbes de déclenchement d’ un relais thermique Classe 10 A
Temps
2h
1
Fonctionnement équilibré, 3 phases sans passage pr é alable du courant (fonctionnement à
froid)
2
Fonctionnement sur les
2 phases, sans passage
préalable du courant
(fonctionnement à froid)
3
Fonctionnement équilibré, 3 phases après
passage prolongé du
courant de réglage,
(fonctionnement à
ih
40 min
20 mtn
10 min
1
il
4 min
I
2 min
\V
s
vLV
\
A
1 min
V:
40S
chaud).
V
20s
=
--
* •"
(A
v%
10s
'
N
•S
\
s
N
4s
.
X
N X
‘‘s
?$
"3
1s
0.8s
0.8 1
2
4
6
10
17 20
x courant de réglage (Ir )
Exercice :
Un récepteur ( moteur) absorbe un courant nominal de 20 A. Une surcharge appara î t. On mesure un
courant de surcharge de 40 A.
^ ltr cas : pour une durée de surcharge de 20 s, est -ce que le relais thermique déclenche ?
R é ponse :
Ir = In = 20 A
On a :
et
Isur 40
=2
20
Ir
de plus, la durée de surcharge est de 20 s
Conclusion : (d’après la courbe ) le relais thermique ne déclenche pas.
2ème cas : pour une durée de surcharge de 4 min, est-ce que le relais thermique déclenche ?
R é ponse :
On a :
Ir = In = 20 A
et
Isur~ _ 40
~
=2
20
h
de plus, la durée de surcharge est de 4 min
~
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CI : Protection des personnes et des matériels
Conclusion : ( d ' après la courbe ) le relais thermique déclenche. Il déclenche au bout de :
- 30 s à chaud,
- 33 s sur 2 phases,
- 1 min à froid .
2.7. Choix d ' un relais thermique
Document constructeur de chez TELEMECANIQUE
Zone de
réglage
du relais
A
0 ,10
0 ,16
-
1
1 , 25
1,6
2 ,5
4
5.5
*
-
Pour montage
sous
contacteur
aM
gi- gL
BSS8
LC1 LP1
A
A
A
0 ,16
0 ,25
2
0 ,25
0.5
2
1 ,6
2
4
2
2,5
4
4
6
6
4
6
6
8
10
16
10
16
16
6
1
.
D09- D32
D09 - D32
D09- D32
D09- D32
ÜC9 D32
1
1
-
6
DC9 D3?
D09 D32
D09-D32
D09-D32
D09- D32
D09 D32
8
12
20
10
12
20
20
20
13
16
25
25
012 D32
18
20
35
32
- 25
23 - 32
28 - 36
17 - 25
23
32
40
30
25
40
40
50
63
80
50
63
80
25
50
40
63
40
100
-
50
63
63
80
80
125
125
125
-
65
70
80
93
50
63
80
100
100
125
160
160
D 18 D32
D 25- D32
D 25-D32
D32
D40 - D95
D 40- D 95
D 40 - D 95
D50- D 95
D50-D95
D 65-D95
080-095
095
7
9
12
-
-
-
17
-
37
63 -
48
55
80
100
—!
I
100
100
R éférence Masse
kg
2
2
2
4
0 , 25 - 0.40
0 , 40 0,63
0 ,63 -
Fusibles à associer
D 09 D32
LR 2 Ü13 01
LR 2 013 02
LR 2 D13 03
LR 2 D13 04
LR 2 D13 05
LR 2 D13 06
LR 2 D13 X6
LR 2 D13 07
LR 2 D13 08
LR 2 D13 10
LR 2 D13 12
LR 2 D13 14
LR 2 D13 16
LR 2 D13 21
LR 2 D13 22
LH 2 D23 53
LR 2 D23 55
IR 2 D33 22
LR 2 D33 53
LR 2 D33 55
LR 2 D33 57
LR 2 D33 59
LR 2 D33 61
LR 2 D33 63
LR 2 D33 65
0,165
0,165
0,165
0,165
•
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,165
0,320
0 ,320
0,510
0,510
0,510
0,510
0,510
0,510
0,510
0,510
Exercice :
Un récepteur ( moteur ) absorbe un courant nominal de 27 A . Donnez la réf é rence du relais thermique
choisi .
R é ponse :
On a : In
= 27 A, alors Ref : LR 2 D23 53.
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3. La protection contre les courts circuits : le fusible
3.1. Symbole
F
3.2. Constitution
4 3 2
1
I
l
.'.W
ï
©
©
0
5 B
HÏ
©
©
©
Tube
Capsule de contact
Disque de centrage de la lame fusible
Plaquette de soudure (elle lie la capsule
© et la lame fusible © )
Lame fusible
Sable (silice )
3.3. Principe de fonctionnement
Le fusible est constitué d’ une lame fusible dans une enveloppe fermée. Cette lame fusible fond si le
courant qui la traverse dé passe la valeur assignée.
L' enveloppe quant à elle, contient du sable (silice ) afin de permettre une coupure franche en é vitant
ainsi le maintient du passage de courant à travers l’arc électrique.
3.4. Présentation du fusible
Il existe deux types de cartouche fusible :
- cartouche cylindrique,
- cartouche à couteaux.
3.4. 1. Cartouche cylindrique
Ils sont utilisés dans le domaine domestique ou le domaine industriel ( selon leur taille).
Intensité nominale ou assignée
Type (classe ) de la cartouche fusible
LEG
32A
gû
380 V
Tension nominale ou assignée
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3.4.2. Cartouche à couteaux
On utilise ces cartouches dans le milieu industriel .
1
-
few
iVî1
gg
Remarque : il existe des cartouches fusibles à percuteur afin d’avoir une information visuelle de l’état de
fusion de la cartouche fusible.
3.5. Classification des cartouches fusibles
Suivant leur utilisation , trois classes de fusibles peuvent s’employer :
- les cartouches fusibles très rapides,
- les cartouches fusibles standards,
- les cartouches fusibles lents.
Type
Trè s rapide
Utilisation
Courbe de fusion
1
'
( prosistor)
Utilisé pour les protections des
semi-conducteurs.
)
n (A
\
i
S»
Courant de défaut
'o
Standard
Utilisation gé nérale.
t
'<
n A)
\
Type gG
(écriture en noire)
\
\
I
'
Lent
Courant de défaut
n
x
Utilisé pour les forts courants
transitoires :
- dé marrage des moteurs,
- primaire des transformateurs.
Type aM
(écriture en verte)
n
Courant de d é faut
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3.6. Caractéristique temps-courant
3.6. 1 . Courbe temps-courant
Temps A
Courbe de fusion
A
Temos conventionnel
CourbtM
do non
fusion
zone temps - courant
Inf
Courant exprimé
6
,3
,
S O J S la
If
forme k x /r t
avec : Inf : intensité de non fusion,
If : intensité de fusion.
3.6. 2. Exemple de caractéristiques des cartouches fusibles de type gC
Inf .
intensité
Calibres
de nonfusion
In < 4 A
4 < ln < 10
10 < ln < 25
25 < ln < 63
63 < ln < 100
100 < ln < 160
160 < ln < 400
400 < ln
Page 81- / 12
1 ,5
lrl
1 , 5 ln
„
1.4 |
1.3 ln
1.3 ln
„
1,2 l
1 , 2 ln
1.2 n
t=
temps
intensit é convende fusion tionnel
2 1 >n
1 , 9 ln
-
1.75
ln
1 , 6 ln
1,6 ln
1 ,6 l„
1,6 ln
1,6
ln
1h
1h
1h
1h
2h
2h
3h
4h
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3.7. Courbes de fusion
3.7. 1 . Cartouche cylindrique de type gG
temps en secondes
Tf
10000
co ao
ojcvc3
oSw
*rinu> <v
ir
— cjbo1
-
t
i -li 1.
ïi î
_
.. r. .
•
!
! *
; ;
:
t
'
;
i
Z
!
1
•
1
-
c i
!
rr
*
r-; :
«
r
:
=F
; ;
!
10000
:i
; :
:
I ! -..LU
‘•
... à; .. .
JLU _ J
100000
Intensité en ampères
Remarque : un
fusible de calibre 10 A commence à fondre à partir de 18 A au bout de 10 000 s.
3.7.2. Cartouche cylindrique de type aM
temps en seconces
10000
H il*
:
10000
—
!.
i :.
* l
—
100000
Intensité en ampères
Remarque : un fusible de calibre 10 A commence à fondre à partir de 480 A au bout de 60 s.
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CI : Protection des personnes et des matériels
3.8. Contrainte thermique
Elle représente la limite de l’énergie supporter par la cartouche fusible sans détérioration . Elle
s’exprime en A2s et se note Pt.
4. La protection contre les surcharges et les courts circuits : le disjoncteur magnéto- thermique
4.1. Symbole
0
i
aa
>
I>
.
4.2. Fonctions principales
Il a deux fonctions principales :
- couper et sectionner : rô le des pô les principaux ,
- protéger contre les surcharges et les courts circuits : rôle du dispositif thermique et du
dispositif magnétique.
Bornes de raccordement
COUPURE ET SECTIONNEMENT j
P
Mécanisme d' accrochage
PROTECTION CONTRE
Déclencheur
LES SURCHARGES ET
magnéto-thermique
LES COURTS CIRCUITS
4.3. Courbe de déclenchement typique d’ un disjoncteur magnéto-thermique
Temps
PROTECTION CONTRE LES
SURCHARGES
(Déclencheur thermique )
0 ,5 à 5 s -
PROTECTION
CONTRE LES
PdC ( Pouvoir de Coupure) :
COURTS- CIRCU !TSvaieur maximale du courant de
( Déclencheur
court circuit .
15 à
25 ms
magnétique )
t
/r
«
Zone de déclenchement du
dispositif thermique
Page
101- / 12
f
Im
4
/
TC51
PdC
Zone de déclenchement du
dispositif magnétique
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CI : Protection des personnes et des matériels
Remarque : on règle le courant Ir à la valeur du courant nominal absorbé par le récepteur ou 1‘ installation .
4.4. Les diff é rentes courbes de d éclenchement
DECLEN-
TYPE
CHEMENT
EXEMPLES
D ' APPLICATIONS
PROTECTION
v
Courbe B (remplace la courbe L)
(1) Plus pr écis pour C60L.
NC100H : 3. 2 à 4.8 ln
3 à 5 ln (1)
des gén érateurs , grandes
longueurs de c â ble 1N &
IT
!
pas de peintes de courant
s,
Courbe C (remplace la courbe U)
(2) Plus pr écis pour C60L
NC 100H, NC100 LH 7 à 10 ln
5 à 10 ln (2)
des circuits
^
*
s
.
10 à 14
ln
Courbe D
10 à 14 l
^
Courbe K
aopfications
generales
des circuits à fort courant
d’appel
transformateurs
moteurs
des circuits et des r écep - I moteurs
teurs à fort courant d ' ap - ; transformateurs
i circuits auxiliaires
pel
2,4 à 3,6 \ n
des circuits électroniques
12l„
des moteurs (pas de protection thermique)
•
!
Courbe Z
diodes
thyristors
démarreurs
moteurs
Courbe MA
4.5. Elé ments de choix d’ un disjoncteur
Il s’effectue selon :
- la tension d’emploi : Ue ,
- le courant nominal : In,
- le pouvoir de coupure : courant de court circuit maximal qu’il peut couper,
- le nombre de pô les protégés : 1 ,2,3 ou 4,
- le type de récepteur à protéger : voir tableau ci -dessus.
5. La sé lectivité des protections
Une bonne coordination des protections d’ une alimentation é lectrique doit entraî ner le déclenchement
de
de protection situ é imm édiatement en amont du défaut et de lui seul .
Cette capacité du réseau à rendre la surface perturbée la plus petite possible, donc à assurer une bonne
continuit é de service, est caracté risée par ce que l ’on appelle : la sélectivité.
La sélectivité peut être :
- totale,
- partielle.
l’appareil
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CI : Protection des personnes et des matériels
Sélectivité entre deux disjoncteurs
~A
Si seul B s’ouvre, quelle que soit la
valeur du courant Icc, c’est la sé lectivité
totale.
Si B s’ouvre jusqu’à un courant
*
présumé de court circuit Icc < Icc et
ensuite si A s’ouvre, donc A et B sont
ouverts. C’est la sélectivité partielle.
X
B
Icc
R écepteur
R écepteur
Récepteur
R écepteur
Sélectivité entre deux disjoncteurs diff érentiels dans une installation domestique
Remarque :
Les disjoncteurs conç us pour
assurer la protection des personnes contre
les contacts indirects sont équipés de
déclencheur instantané avec des temps de
déclenchement constant (30 ms) dès que
le courant de défaut est situé dans leur
plage de déclenchement.
500 mA
CJ
x
B
x
x
30 mA
R écepteur
R écepteur
Récepteur
Si Id est compris entre 30 et 100 mA,
seul B s’ouvre.
Si Id > 500 mA, A et B s’ouvrent en
même temps. Il n’y a donc pas une bonne
sé lectivité.
La solution consiste donc à utiliser un
différentiel retardé (sélectif ) pour A.
R écepteur
Id
De ce fait, le diffé rentiel retardé encore désigné par un disjoncteur de branchement différentiel
sé lectif , doit être placé en tête d’ une installation où tous les dé parts divisionnaires (c’est-à -dire les circuits
alimentant les appareils terminaux ) sont protégés par des diff érentiels instantan és de façon à assurer une
bonne sélectivité des protections.
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