Court-Circuit

Les différents types de défaut

Une augmentation ou une diminution anormale des grandeurs nominales dans un circuit électrique constitue un défaut ou une perturbation.

Ce sont le plus souvent les variations anormales de la tension, de l’intensité et de la fréquence qui sont à l’origine de ces perturbations.

Le court-circuit

Définition : Elévation brutale de l’intensité de 10 à 1000 In dans un circuit due à une liaison accidentelle de deux points de potentiel différents (EX: PH et N).

Conséquences : Arc électrique, échauffement important pouvant entraîner la fusion des parties actives (soudure des contact, projection de particule).

Moyens de protection : Déclencheur magnétique du disjoncteur, fusible

Un court-circuit électrique se produit lorsque deux conducteurs électriques de différents potentiels sont reliés ensemble, créant ainsi un passage direct pour le courant électrique.

Cela peut entraîner une surintensité électrique et causer des dommages aux équipements électriques, des incendies et même des blessures corporelles.

Protection contre les surintensités

1.Principes de la protection

Tout dispositif de protection doit à la fois détecter la perturbation et couper le circuit qui est à l'origine de cette perturbation.

Dans le cas des surintensités on doit définir le rôle du dispositif :

• Protection contre les surcharges.

• Protection contre les courts-circuits.

• Protection contre tous les types de surintensité.

L'autre point important est de savoir si l'appareil est capable d'éliminer sans dommage le défaut.

2.Principe de la protection contre les courts-circuits

Une des caractéristiques essentielle d'un dispositif de protection contre les courts-circuits est son pouvoir de coupure

Définition : C’est le courant maximal que peut interrompre sans détérioration un appareil de coupure.

Toute canalisation est définie par sa contrainte thermique.

En fonction de la section, du courant de court-circuit, de la nature de l'âme et de celle de l'isolant, on calcule le temps pendant lequel le conducteur peut véhiculer le courant de court-circuit sans que sa température ne dépasse la valeur maximale qu'il peut supporter.

La valeur du coefficient K est de :

• 115 pour les conducteurs en cuivre isolés au PVC

• 135 pour les conducteurs en cuivre isolés au caoutchouc ou butyle

• 143 pour les conducteurs en cuivre isolé au PR ou à l'éthylène propylène

• 74 pour les conducteurs en aluminium isolés au PVC

Les effets sur le matériels

Les courants de court-circuit engendrent deux effets :

• Thermique

• Electrodynamique

Ces deux effets peuvent entraîner le sectionnement et la détérioration des câbles d’alimentation ainsi que la détérioration complète ou partielle d’un équipement électrique.

Principe de fonctionnement des protections par cartouche fusible

La chaîne fonctionnelle de protection comporte deux parties :

• La détection du défaut est réalisée par des détecteurs à l’aide des lois de l’électricité.

• L’élimination du défaut, qui dans la plupart des cas, s ‘effectue en coupant le circuit dans lequel siège le défaut.

Protection par cartouche fusible :

Détection par: Le passage du courant dans un fil produit de la chaleur qui échauffe le conducteur selon la relation : effet thermique

Elimination : La fusion du fil fusible entraîne la coupure du circuit en défaut

Les différents types de fusibles:

• Les cartouches gG/gL (usage industriel) protègent les circuits contre les faibles et fortes surcharges et contre les courts-circuits.

• Les cartouches aM (accompagnement moteur) protègent contre les fortes surcharges et les courts-circuits. Elles résistent aux surcharges de la phase de démarrage du moteur. Une protection thermique contre les faibles surcharges doit obligatoirement être prévue en complément.

• Les cartouches UR (ultra rapide) protègent essentiellement les composants électroniques.

• Les cartouches gF sont réservés à un usage domestique

• Les cartouches PV assurent la protection des installations photovoltaïques contre les surintensités liées aux courants inverses qui peuvent apparaître

Le pouvoir de coupure est la plus grande intensité de court-circuit que peut interrompre la cartouche. Les fusibles HPC (Haut Pouvoir de Coupure) limitent des courts-circuits pouvant atteindre 100kA.

Les HPC ont le grand avantage de pouvoir limiter efficacement un fort courant de court-circuit. En raison du temps de coupure rapide, le courant direct n’atteint pas la valeur de crête du courant de court-circuit présumé. Cela présente l’avantage que seul le courant direct agit sur les éléments en aval. La sollicitation mécanique et thermique est ainsi réduite.

Le pouvoir de limitation est la propriété que possède une cartouche à limiter l'intensité du défaut et donc les effets électrodynamiques et thermiques du courant. Exemple: la cartouche gL40 limite à 3000A un court-circuit présumé de 10000A.

La contrainte thermique s'exprime en A².s par la relation : CT = I2.t (I étant la valeur efficace du courant de court-circuit et t la durée du court-circuit)

La contrainte thermique de pré-arc correspond à l'énergie nécessaire pour atteindre le point de fusion de la cartouche. Elle permet de déterminer la sélectivité sur court-circuit entre les différentes protections en série.

La contrainte thermique d'arc correspond à l'énergie limitée entre la fin du pré-arc et la coupure totale.

La somme des contraintes thermiques d’arc et de pré-arc donne la contrainte thermique totale.

Courbe de fusion:

EX:

Principe de fonctionnement des protections par disjoncteur

La chaîne fonctionnelle de protection comporte deux parties :

• La détection du défaut est réalisée par des détecteurs à l’aide des lois de l’électricité.

• L’élimination du défaut, qui dans la plupart des cas, s ‘effectue en coupant le circuit dans lequel siège le défaut.

Détection par effet magnétique pour la détection des courts-circuits.

Le passage d’un courant dans un enroulement autour d’un noyau métallique produit un flux magnétique (électroaimant).

Si le courant qui traverse la bobine est suffisant l’armature mobile est attirée par l’électroaimant.

Elimination par séparation des contacts

La séparation des contacts provoque la coupure du courant

La protection consiste à ouvrir rapidement le circuit électrique après une détection par effet thermique ou magnétique.

Coupure d’un circuit électrique – Arc électrique

Schéma électrique équivalent

On modélise l’interrupteur par une résistance variant de 0 à l'infini.

1.Interruption en courant continu:

Même si le temps de coupure est très petit, on doit dissiper l’énergie due à l’inductance soit ½LI²

L’interrupteur doit pouvoir absorber cette énergie Si l’ouverture est infiniment rapide la variation de la résistance modélisant l’interrupteur l’est aussi comme le courant.

On se fixe une limite à ne pas dépasser pour la valeur de surtension. On définit la loi de variation de la résistance de l’interrupteur.

2.Interruption en courant alternatif:

NOTION DE SYNCHRONISME

Aspect courant

On comprend bien l’importance de l’instant de coupure par rapport au courant.

NOTION DE TENSION DE RETABLISSEMENT

Aspect Tension

La tension que prend l’interrupteur ouvert tend vers la tension du générateur. Pour que la tension ne soit pas infinie il faut une vitesse d’ouverture de l’ordre du km/s.

Conclusions : L’ouverture d’un circuit oblige à la dissipation de son énergie dans l’interrupteur. Dans la plupart des cas il y a création d’un arc électrique. On considère que le circuit est coupé à l’extinction de celui-ci, bien commandé l’arc le permet.

L’arc électrique

1.Définition

L’arc électrique résulte de l’ionisation de l’air ou du diélectrique provoquée par la séparation brutale des deux contacts d’un appareil de coupure.

Cette ionisation est due à la distance très faible entre les contacts au début de la coupure.

L’arc est assimilable à un conducteur mobile. Il faut couper l’arc pour couper le courant.

Une formule, établie par Mme AYRTON, montre que cette tension est de la forme :

2.Solutions technologiques de coupure de l’arc

Refroidissement de l’arc:

Utilisation de matériaux réfractaire

Convection par cheminée

Etouffer l’arc

Utilisation de la silice dans les cartouches fusibles

L’augmentation de température (2000°c) due à la présence de l’arc fait fondre la silice.

Celle-ci en fondant refroidit l’arc et se solidifie.

3.Augmentation de la tension d’arc

A-Augmentation de la longueur

Utilisation des forces électrodynamiques pour allonger l’arc

Utilisation du soufflage magnétique pour allonger l’arc

B-Augmentation de la chute de tension anodique et cathodique

Fractionnement de l’arc par des plaquettes

Combinaison fractionnement + allongement de l’arc

Insolite :

"On a senti une odeur de cramé" : une limace provoque un court-circuit et met le feu à leur disjoncteur.

En pleine nuit ce mercredi, ces habitants de Louargat (Côtes-d'Armor) ont découvert une énorme limace dans leur disjoncteur. L'animal a provoqué un court-circuit, et fait brûler une partie du circuit électrique.

Source FRANCEBLEU

Article SURCHARGE

Article DISJONCEUR

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