Elle assure la protection des circuits à fort courant d`appel

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Electrotechnique
La protection des installations consiste à déterminer la nature des défauts, puis à les
détecter et enfin, à interrompre absolument le circuit en défaut.
1. Défauts sur les installations :
Ils peuvent être de natures différentes :
1.1. Les surcharges :
Dès que l'appareil d'utilisation demande une puissance plus importante dans un
circuit électrique ; par exemple : plusieurs radiateurs sur une même prise de courant
ou moteur électrique bloqué.
Les effets : Accroissement anormal du courant absorbé par le circuit, d'où
échauffement lent mais pouvant entraîner la détérioration de l'installation.
Les moyens de protection :
 Fusibles type gG
 Contacteurs avec relais thermiques
 Disjoncteurs
1.2. Les courts-circuits :
Élévation brutale du courant absorbé par le circuit due à un contact électrique entre
deux conducteurs de polarités différentes ; par exemple : deux conducteurs dénudés
qui se touchent.
Les effets :
 Création d'un arc électrique
 Échauffement très important pouvant entraîner la fusion des conducteurs
 Création d'efforts électrodynamiques
Les moyens de protection :
Les appareils de protection doivent avoir un pouvoir de coupure supérieur au
courant de court-circuit présumé



Fusibles gG, aM
Disjoncteurs avec relais magnétique
Temps de coupure inférieur au temps d'échauffement des conducteurs
Pouvoir de coupure : C’est le courant maximal que peut couper un appareil de
protection ou de commande sous sa tension nominale. La coupure est effective
lorsque la tension ne provoque pas de réamorçage de l’arc. Le pouvoir de coupure
s’exprime en kiloampères (kA) (PC>Icc).
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1.3. Les surtensions :
Une surtension peut être due à :
 un défaut d'isolement avec une installation de tension plus élevée (amorçage
dans un transformateur) ;
 des surtensions atmosphériques ;
 des effets de self-induction
 des phénomènes de résonance
Les effets :
Une surtension peut provoquer le claquage d'isolants et entraîner une surcharge ou
un court-circuit et la détérioration des appareils et des canalisations.
Les moyens de protection :
 Séparation des circuits de tensions différentes dans les canalisations
 Limiteur de surtension pour réseau type IT
 Parafoudre
 Contrôleur d'isolement de l’installation
Il existe bien d’autres perturbations telles que les baisses de tension, le fliker, les
harmoniques…, qui demandent des études et des moyens de protections bien
particuliers.
2. Echauffements admissibles dans les conducteurs
D'après la norme NFC 15-100, le courant admissible Iz par un conducteur est
la valeur constante de l'intensité que peut supporter, en fonctionnement prolongé et
dans des conditions données, ce conducteur sans que sa température soit
supérieure à la valeur spécifiée en fonction de l'isolant : l'échauffement de l'âme
conductrice ne doit pas entraîner la diminution des propriétés isolantes des
constitutifs de l'enveloppe du conducteur.
Toute surintensité provoque un échauffement nuisible à l’isolation du
conducteur, aux connexions, aux extrémités ou à l’environnement des canalisations.
Pour les conducteurs il a donc été défini, en fonction de l’isolant une
température maximale de fonctionnement garantissant la non-détérioration de
l’isolant.
Type d’isolation
Caoutchouc
(exemple : H 07 RN-F)
Polychlorure de vinyle PVC
(exemple : H 07 V-U)
Polyéthylène réticulé PR
(exemple : U100R02-V)
Température maximale de fonctionnement
en °C
60°
70°
90°
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A cette température maximale de fonctionnement va correspondre un courant
admissible Iz pouvant être véhiculé en permanence.
Pour que ce courant Iz ne soit pas dépassé, il sera contrôlé et coupé par un
dispositif de protection contre les surcharges tel que :


Fusible
Disjoncteur
La protection des conducteurs contre les surintensités doit satisfaire aux deux
conditions suivantes :

Le courant nominal In de la protection doit être au moins égal au courant
d’emploi IB du circuit et ne doit pas être supérieur au courant maximum
admissible Iz dans le conducteur.
IB  In  Iz

la deuxième condition dépend du type de protection (fusible ou disjoncteur),
mais dans tous les cas, le courant I2 qui assure le fonctionnement du dispositif
de protection doit rester inférieur et au plus égal à 1,45 fois le courant
admissible Iz dans la canalisation.
T en sec
T en sec
I en A
In
I2 = 1,6 à 1,9 In
Courbe de fusion d’un fusible
I en A
In
I2 = 1,25 à 1,45 In
Courbe de déclenchement
d’un disjoncteur
I2 est égal :
-
au courant de fusion pour les fusibles If = I2 (avec I2 =K2 In)
au courant de fonctionnement dans le temps conventionnel pour les
disjoncteurs. (I2 =K2 In)
Le coefficient multiplicateur K2 va dépendre directement du type de dispositif
de protection et de son courant nominal.
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Courbe du courant admissible dans le conducteur
Récepteurs
Canalisation
courant
admissible
courant
d'emploi
In ou Ir
IB
courant
nominal
courant
maximum
Alimentation
courant
de court-C
PDC
I2
IZ
courant
conv. fusion
1.45 x IZ
Icc
pouvoir
de coupure
CARACTERISTIQUES DU DISPOSITIF DE PROTECTION
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3. Les dispositifs de protection :
Toute installation électrique se doit d’être convenablement protégée, en respectant,
au minimum, les fonctions décrites ci-dessous :
ISOLER
L’INSTALLATION
PROTEGER LES
PERSONNES CONTRE LES
CONTACTS INDIRECTS
PROTEGER
L’INSTALLATION CONTRE
LES COURTS-CIRCUITS
PROTEGER
L’INSTALLATION
CONTRE LES
SURCHARGES
Diverses associations de matériels permettent de réaliser ce type de protection.
Exemples :
Installation domestique :
ISOLER
L’INSTALLATION
Disjoncteur d’abonné
ou Coupe circuit ou
Disjoncteur divisionnaire
PROTEGER LES
PERSONNES CONTRE LES
CONTACTS INDIRECTS
PROTEGER
L’INSTALLATION CONTRE
LES COURTS-CIRCUITS
Dispositif différentiel Haute
Sensibilité et
Schéma de liaison à la terre
Fusible ou
Disjoncteur divisionnaire
PROTEGER
L’INSTALLATION
CONTRE LES
SURCHARGES
Fusible ou
Disjoncteur divisionnaire
Installation industrielle – Alimentation moteur :
ISOLER
L’INSTALLATION
Sectionneur
PROTEGER LES
PERSONNES CONTRE LES
CONTACTS INDIRECTS
Dispositif différentiel Haute
Sensibilité et
Schéma de liaison à la terre
PROTEGER
L’INSTALLATION CONTRE
LES COURTS-CIRCUITS
Fusibles ou
Disjoncteur Moteur
PROTEGER
L’INSTALLATION
CONTRE LES
SURCHARGES
Relais Thermique ou
Disjoncteur moteur
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3.1. Les fusibles
Fonction :
Un fusible est un appareil de connexion dont la fonction est d'ouvrir
un circuit par la fusion d'un élément calibré.
Constitution :
Le fusible est constitué :
 d’une cartouche (enveloppe)
assurant une fusion enfermée de
l’élément fusible qu’il contient
 d’un élément fusible qui est
destiné à fondre dès que le
courant dépasse pendant un
temps déterminé une valeur
donnée.
Types : Il en existe principalement 2 :
 type gG (gl) : d'usage général, ils protègent contre les surcharges (faibles
ou fortes) et les courts-circuits.
 type aM (accompagnement moteur), ils protègent contre les fortes
surcharges et les courts-circuits et sont conçus pour résister à de fortes
surcharges de très courte durée. Ils seront obligatoirement associés à un relais
thermique accouplé à un contacteur.
Critères de choix d’un fusible:
- Type gG ou aM
- Calibre: intensité nominale du circuit à protéger.
- Taille: fonction de l'appareillage dans lequel il sera installé.
- Pouvoir de coupure: fonction de l'intensité maximale de
court-circuit au point d'installation.
- Tension nominale (250, 400, 500, ou 600V).
Durée de coupure :
La durée de coupure est le temps qui s’écoule
entre le moment où commence à circuler un courant
suffisant pour provoquer la fusion et la fin de la fusion.
Symboles:
Normal
à voyant
à percuteur
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Calibres des cartouches gG dans le cas général :
Mode de pose
Isolant et nombre de conducteurs chargés
PVC2
PR3
PR2
PVC3
PVC2
PR3
PR2
Câbles multiconducteurs à l’air libre
PVC3
PVC2
PR3
Câbles mono conducteurs à l’air libre
PVC3
PVC2 PR3
S(mm²) Cuivre
1
2
3
4
5
6
7
1,5
10
10
10
16
16
16
20
2,5
16
20
20
20
25
25
25
4
20
25
25
32
32
32
40
6
32
32
40
40
40
50
50
10
40
50
50
50
63
63
63
16
50
63
63
63
80
80
80
25
80
80
80
100
100
100
125
35
100
100
100
125
125
125
125
50
100
125
125
125
160
160
160
70
125
160
160
160
200
200
200
…
…
…
…
…
…
…
…
630
630
800
800
PVC : Polychlorure de vinyle
PR : Polyéthylène réticulé
Conducteurs enfermés dans des enceintes non ventilées ;
la dissipation de la chaleur est mauvaise
Câbles à l’air libre, mais disposés contre des parois qui limitent la
dissipation de la chaleur
PVC3
PR2
8
20
32
40
50
63
100
125
160
200
250
…
Caractéristiques temps/courant des fusibles à cartouches cylindriques de 1 à 125A
de type aM (doc. Legrand) :
PR2
9
125
160
200
250
…
1000
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3.2. Les sectionneurs
Fonction :
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
-
-
Le sectionneur n'a donc pas de pouvoir de coupure ou de fermeture.
La coupure doit être visible, soit directement par observation de la séparation des
contacts, soit par un indicateur de position si les contacts ne sont pas visibles.
Le sectionneur peut être verrouillable par un cadenas en position ouverte. C’est
une sécurité lorsque, sur un circuit, des personnes travaillent en aval du
sectionneur (cf. Cours Chapitre 2.2.3.4 Habilitation).
Différents types de sectionneurs :
Sectionneur domestique :
La fonction "sectionneur", obligatoire au
départ de chaque circuit, est réalisée
généralement par des sectionneurs à
fusibles incorporés, avec coupure du neutre.
Sectionneur industriel BT :
Cet appareil assure la fonction sectionnement, au départ des équipements. Il comporte des fusibles
de protection ainsi que des contacts auxiliaires qui évitent l’ouverture en charge du sectionneur par
coupure du circuit de commande. On les nomme :………………………………………………
Critères de choix d’un sectionneur :
- Nombre de pôles,
- Courant nominal,
- Valeur de la tension nominale,
- Contacts auxiliaires (présence et nombre),
- Nature de la commande.
Exemple de choix :
Constructeur : Télémécanique
Référence : LS1 – D25
Courant nominal : 25A
Nombre pôles principaux : 3
Nombre de contacts auxiliaires : 0, 1 ou 2
Taille des fusibles : 10x38
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Rôle des différents organes:
-
Les contacts principaux (ou pôles principaux): ils permettent d'assurer le sectionnement de
l'installation.
-
Les contacts auxiliaires : ils permettent la coupure du circuit de commande des contacteurs,
avant l'ouverture des pôles principaux du sectionneur afin d'éviter la coupure en charge. De
même, à la fermeture du sectionneur, les contacts auxiliaires ne se ferment qu'après fermeture
des pôles principaux.
Symboles :
unipolaire
Tripolaire porte fusibles
avec poignée
3.3. L’interrupteur-sectionneur
L'interrupteur est un appareil mécanique de connexion capable d'établir, de supporter
et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les
conditions de surcharge en service.
L'interrupteur est donc un appareil conçu pour être manœuvré en charge en
toute sécurité. Son pouvoir de coupure peut varier de 5 à 10 fois l’intensité d’emploi
selon les constructeurs.
Si l'interrupteur satisfait aux conditions d'isolement spécifiées par les normes
pour un sectionneur, c'est un interrupteur-sectionneur.
Comme pour le sectionneur, l'interrupteur et l'interrupteur-sectionneur peuvent
être pourvus d'un dispositif de cadenassage pour la consignation, et parfois de
fusibles.
Symboles:
unipolaire
Tripolaire
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3.4. Le relais thermique
Fonction:
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Constitution :
Ils mettent en oeuvre un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de
dilatation différents. Elles s'incurvent lorsque la température augmente et la déformation actionne un
contact auxiliaire à ouverture qui coupe le circuit de la bobine du contacteur. Ce système assure la
protection contre les surintensités faibles (1,2 à 5 In par exemple), la durée du déclenchement est
assez longue.
Compensation:
La compensation permet de déclencher à la même valeur d'intensité quelle que soit la valeur de la
température ambiante.
Réglage de l'intensité de déclenchement:
Le réglage précis de l'intensité de réglage de la protection
thermique est effectué par une molette de réglage (chape)
graduée. L'intensité de réglage indique que le relais
déclenchera pour une valeur de 1,05 à 1,21 le courant de
réglage.
Lorsqu'un courant important parcourt les enroulements chauffants
(1), les bilames (2) se déforment et les réglettes du différentiel (3)
sont entraînées dans le sens de la flèche. La came (4) est
entraînée également et tourne autour de son axe. Le bord
d'attaque de cette came (5) provoque la rotation de la bilame de
compensation (6), la butée de maintien (7) libérée laisse échapper
la pièce mobile (8) qui est sollicitée par un ressort en épingle (9).
Les contacts (10) changent de position.
Sur celle figure, le relais est en position ''armé", en attente de
déclenchement.
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Dispositif différentiel:
Le dispositif différentiel provoque te déclenchement du
relais lorsque les courants traversant les trois bilames ne
sont pas identiques. Le déclenchement est d'autant plus
rapide que la différence est grande.
Courbes de déclenchement :
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).
Classe 10A :
La norme IEC 947-4 définit la durée du déclenchement à 7,2 fois le courant de
réglage IR comprise entre 2 et 10 secondes.
Classe 20A :
La norme IEC 947-4 définit la durée du déclenchement à 7,2 fois le courant de
réglage IR comprise entre 6 et 20 secondes.
Les courbes ci-contre sont légèrement temporisées.
Critères de choix d’un relais thermique :
Calibre en courant
Classe de déclenchement (10A, 20A, …)
-
Symboles:
1
2
3
95
97
95
97
96
98
ou
F1
4
5
6
Puissance
96
98
Exemple de choix :
Constructeur : Télémécanique
Référence : LR2 – D130
Courant de réglage : 1,6 à 2,5A
Classe : 10A
Nombre de contacts auxiliaires : 2
Type des contacts auxiliaires : 1NO
(signalisation) + 1NC(coupure de la
commande)
Contacts de commande
1
Remarque :
Lorsque le relais thermique est monté directement sur le contacteur, l’association
relais thermique + contacteur est aussi appelée DISCONTACTEUR et le symbole
de cette association est le suivant :
2
3
KM1
4 5 6
1 2 3
F1
4
5
6
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3.5. Les dispositifs de protection électromagnétique :
Les appareils de protection électromagnétique détectent les surintensités dépassant le niveau de
réglage. Ils sont destinés à la protection des circuits sans pointe de courant (départs, résistances) ou
au contrôle des pointes de démarrage des moteurs à bagues. Leur temps de réaction se doit d’être
très rapide.
3.5.1. Le relais électromagnétique :
Son fonctionnement est instantané et ne peut être qu 'occasionnel
( 12 cycles de manoeuvres par heure). Il supporte un courant
permanent égal à 1.25 fois le courant minimal de réglage.
Son point de réglage s’effectue à l’aide de la molette, de 0,8 à
5 x In.
Courbe de déclenchement :
Attention : ce type de relais ne peut
être installé que verticalement.
Critères de choix d’un relais électromagnétique :
-
Symbole :
Calibre en courant
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3.5.2. Le disjoncteur électromagnétique :
Fonction :
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Le déclenchement du dispositif de protection s’effectuera pour des valeurs
supérieures à 10 fois le courant nominal (ou le courant de réglage), de façon
très rapide < 10ms par exemple.
La protection magnétique est basée sur la création d'un champ magnétique lors
du passage d'un courant.
Le système comporte un circuit magnétique fixe
et une armature mobile réglable.
En cas de court-circuit, l'armature est attirée par
l'électro-aimant. Elle libère l'ensemble mobile.
Le contact est repoussé par le ressort qui était
comprimé. Le fonctionnement est instantané.
Courbe de déclenchement :
Temps (s)
10 000
Remarque :
Pour la protection d’un moteur, il convient
d’associer ce type de disjoncteur avec un relais
thermique. L’association réalisée permet alors
la protection contre les surcharges et les courtscircuits.
1000
100
10
1
Action du relais
thermique
0,1
0,01
0,001
1
10
100
x courant de réglage Ir
Action du relais
magnétique
Déclenchement pour un courant > 10xIr ou 10xIn
(In : courant nominal du disjoncteur,
Ir : courant de réglage du disjoncteur, lorsque celui-ci
est réglable)
Critères de choix d’un disjoncteur électromagnétique :
-
Symbole :
Calibre en courant
Nombre de pôles
Type de commande
Exemple de choix :
Constructeur : Télémécanique
Référence : GV2-L10
Courant de réglage : 6,3A
Pouvoir de coupure :
Nombre de pôles : 3
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3.6. Les disjoncteurs magnétothermiques :
Ils protègent:
 contre les surcharges  déclencheur thermique (lent),
 contre les courts-circuits  déclencheur magnétique (rapide).
Ils peuvent être également équipés d'un dispositif différentiel résiduel (DDR)
afin de protéger les biens et les personnes contre les défauts d'isolement.
Fig.1 : Disjoncteur
divisionnaire
unipolaire + Neutre
Fig.2 : Disjoncteur
unipolaire + Neutre
équipé d'un DDR
Principe de fonctionnement :
L’intensité dans le circuit est contrôlée en permanence par
deux systèmes permettant de détecter :
 Les surcharges par un dispositif thermique : bilames
 Les courts-circuits par un dispositif
électromagnétique. Ce dispositif intervient au-delà
des courants de surcharge et jusqu’à l’intensité
maximale du courant de court-circuit.
Courbes de déclenchement :
C'est l'association de la courbe de déclenchement du relais
thermique et de la courbe de déclenchement du relais
magnétique.
Les courbes de déclenchement sont codifiées par
des lettres :
Courbe B, courbe C, courbe D, courbe MA, courbe K,…
Fig.3 : Disjoncteur
moteur tripolaire
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Courbe B
Courbe C
Elle assure la protection des
Elle assure la protection générale
personnes, des générateurs, des
des circuits .
lignes de grande longueur, où il n'y a
pas de pointes de courant.
Le réglage de Im est de 5 à 10 In.
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Courbe D
Elle assure la protection des circuits
à fort courant d'appel :
transformateurs,moteurs.
Le réglage de Im est de 10 à 14 In.
Le réglage de Im est de 3 à 5 In.
Les disjoncteurs de distribution électrique :
Les disjoncteurs de distribution électrique (fig1 et fig2) sont installés dans des
tableaux de distribution terminale, et remplacent de plus en plus les fusibles. Ces
disjoncteurs sont de forme modulaire. Ils peuvent être à 1,2,3, ou 4 pôles. Leurs
calibres s’échelonnent de 1 à 3200A
Les disjoncteurs moteurs :
Les disjoncteurs moteur (fig3) sont tripolaires et disposent d’une courbe D. Ils sont,
en général, réglables, ce qui permet d’ajuster le courant de réglage Ir au courant du
moteur.
Courbe de déclenchement :
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).
Exemple de choix :
Constructeur : Télémécanique
Référence : GV2-M08
Courant de réglage : 4A
Pouvoir de coupure :
Nombre de pôles : 3
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Critères de choix d’un disjoncteur magnétothermique:





Calibre en courant
Nombre de pôles
Pouvoir de coupure
Courbe de protection (utilisation)
Type de commande
Calibres des petits disjoncteurs assurant la protection des canalisations contre les
surcharges :
Mode de pose
Isolant et nombre de conducteurs chargés
PVC3 PVC2
PR3
PR2
PVC3
PVC2
PR3
PR2
Câbles multiconducteurs à l’air libre
PVC3
PVC2
PR3
Câbles mono conducteurs à l’air libre
PVC3
PVC2 PR3
S(mm²) Cuivre
1
2
3
4
5
6
7
1,5
16
16
16
20
20
20
20
2,5
20
20
25
25
25
25
32
4
25
32
32
32
38
38
38
6
32
38
38
47
47
47
47
10
47
47
60
60
60
75
75
16
60
75
75
75
95
95
95
25
75
95
95
95
117
117
117
35
95
117
117
117
117
PVC : Polychlorure de vinyle
PR : Polyéthylène réticulé
Conducteurs enfermés dans des enceintes non ventilées ;
la dissipation de la chaleur est mauvaise
Câbles à l’air libre, mais disposés contre des parois qui limitent la
dissipation de la chaleur
PR2
8
25
32
47
60
75
95
117
Symboles:
N
1
1
3
5
Disjoncteur triphasé
magnétothermique
N
2
2
4
6
Disjoncteur
unipolaire + Neutre
1
3
5
Disjoncteur triphasé
magnétothermique
équipé d'un DDR
(symbole simplifié)
Disjoncteur moteur
triphasé
magnétothermique
2
4
6
PR2
9