04 CE 09-Protection des matériels

LEGT COLMAR
27, route d’Ingersheim
68025 COLMAR
Classe Entière n°9
Protection des matériels
Durée : 2 heures
Nombre d’élèves: classe entière
Public: 1ère GE 2
Date: semaine 46
Objectifs
Taxonomie
1
2
3
4
C 30 – Identifier les matériels qui concourent à assurer la protection des matériels
X
Centre d’intérêt
Protéction des matériels
1/ Introduction
Maintenant qu’on sait complètement déterminer un circuit électrique, il faut déterminer les
caractéristiques des appareillages de protection qui vont le protéger lui et les appareils qu’il alimente.
2/ Les défauts.
2.1/ Principe de la protection
La protection d’un circuit électrique passe par trois étapes :
- au départ, apparition d’un défaut (on verra les différents défauts par la suite)
- le système de protection doit détecter le défaut (grâce à des principes physiques )
- le système doit éliminer le défaut, ou plutôt en général couper le courant dans le
circuit siège du défaut.
Ces trois étapes sont résumées dans le schéma suivant :

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2.2/ Les différents types de défaut
Il existe trois grande catégories de défauts :
- les surintensités
- les surtensions
- les baisses de tension
Tous ces défauts sont expliqués dans le tableau suivant :
Une surcharge n’est pas en général le résultat d’un circuit électrique défectueux. Il résulte
juste d’une mauvaise utilisation.
Les courts-circuits, au contraire, sont généralement dus à un défaut du circuit électrique.
Quelques exemples :
- la foudre tombe sur la ligne électrique près d’une habitation (surtension).
- isolant d’un conducteur entaillé lors de sa pose (court-circuit).
- Pose d’un radiateur de 1000 W sur un circuit 10 A (pas de défaut).
- Pose d’un radiateur de 4000 W sur un circuit 10 A (surcharge).

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2.3/ Structure des protections
Comme on l’a vu dans le premier chapitre de l’année, une des fonctions des tableaux de
répartitions est de diviser les installations en plusieurs circuits pour limiter l’influence d’un défaut et
faciliter les vérifications.
Exemple :
3/ Détection des défauts
La deuxième partie vue en introduction est la détection des défauts, qui utilise deux effets
physiques du courant : l’effet thermique et l’effet magnétique.
3.1/ L’effet thermique
Lorsqu’un conducteur est parcouru par un courant, il s’échauffe. Deux techniques permettent
d’utiliser cet échauffement pour détecter un défaut :
- L’échauffement des fils fusibles
- La dilatation de bilames

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Le bilame est un élément conducteur formé de deux lames de matériaux différents. Ces deux
matériaux sont différents dans la mesure où leur coefficients de dilatation sont différent (un faible et
un élevé).
3.2/ Effet magnétique
C’est le même effet que celui des électro-aimants. Si le courant est trop élevé, alors l’effet
magnétique attire une partie mobile. En diminuant la distance entre les deux parties magnétiques
(entrefer), on diminue la valeur du courant qui attirera la partie mobile (figure 4).
4/ Elimination des défauts
Pour éliminer le défaut, on ouvre le circuit. Le problème qui apparaît lors de l’ouverture d’un
circuit est l’apparition d’un arc électrique.
4.1/ L’arc électrique
Lorsque deux pièces sous tension se séparent, l’air se ionise (c’est-à-dire qu’il devient
conducteur), d’où l’apparition d’un arc électrique qui continue à laisser passer le courant.
On peut le voir en faisant l’expérience suivante :

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A la mise sous tension, les électrodes sont en contact. L’ampèremètre mesure l’intensité dans
le circuit et le voltmètre indique 0V aux bornes du contact.
A la séparation du contact, on constate l’apparition d’un arc électrique. Plus les électrodes
s’éloignent, plus la tension d’arc augmente et plus l’intensité diminue. Lorsque la tension aux bornes
de l’arc atteint la tension d’alimentation, l’arc s’éteint.
Conclusion : pour éteindre l’arc, et donc ouvrir le circuit, il faut allonger l’arc.
Remarque : en plus d’empêcher l’ouverture du circuit en laissant passer le courant, l’arc
électrique élève la température (plus de 2500 °C), ce qui a tendance à faire fondre les conducteurs et à
les souder.
4.2/ Les fusibles
Le fusible est simple de fonctionnement puisque une intensité trop importante entraîne la fusion
du fil interne.
Première étape : Le fort courant provoque l’échauffement du fusible.
Deuxième étape : L’échauffement continu. Le fil se dilate. L augmente et S diminue donc R
augmente et le circuit continue à s’échauffer.
Troisième étape : Le fusible se coupe et un arc commence à se former.
Quatrième étape : Fusion du métal. L’arc s’étire.