Disjoncteur

samuelfloucat
28 janv. 2023
6 min de lecture

Dernière mise à jour : 21 sept.

Un disjoncteur est appareil de connexion capable d'établir, de supporter et d'interrompre des courants dans des conditions normales et anormales jusqu'à son pouvoir de coupure ultime (Icu).

Symbole

Aperçu

Fonctionnement

Éléments essentiels d’un disjoncteur :

1 Manette avec mécanisme de déclenchement

2 Dispositif à déclenchement libre – au cas où la manette reste bloquée en position ON

3 Bilame – Système de déclenchement thermique

4.1 Contact de commutation (fixe) 4.2 Contact de commutation (mobile)

5 Chambre de coupure, pare-étincelles

6 Électroaimant – Système de déclenchement électromagnétique

7 Percuteur

8.1 Borne de connexion (Bi-Connect)

8.2 Borne de connexion

SURCHARGE:

Un élément bimétallique formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation différents, s’incurve lorsque sa température augmente.

Pour ces bilames, on utilise un alliage ferro-nickel et de l’invar.

Les lames dont intimement liées par soudage

COURT-CIRCUIT:

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.

Courbe de déclenchement

Caractéristique de déclenchement:

La caractéristique de déclenchement définit la plage de courant dans laquelle le déclencheur électromagnétique interrompt le circuit électrique.
Le déclenchement thermique est identique pour toutes les caractéristiques.
En raison des variations de température et de la mécanique, il s’agit pour l’ensemble de la courbe de déclenchement d’une plage et non d’une valeur fixe.
Lors d’une surintensité élevée, le temps de déclenchement est d'environ 10 millisecondes.
La courbe de déclenchement se modifie donc dans cette plage de temps.
Il n’est pas possible d’obtenir des temps de déclenchement plus rapides en raison des limites physiques de la mécanique.

I1 Courant d’essai de non-déclenchement: Le déclenchement jusqu’à une valeur de 1,13 fois le courant nominal ne doit pas se produire avant une heure.

I2 Courant d’essai de déclenchement: Le déclenchement jusqu’à une valeur de 1,45 fois le courant nominal doit se produire au plus tard après une heure.

I3 Limite de tolérance du courant d’essai (dénommée aussi zone de déclenchement non définie) : La courbe de déclenchement du déclencheur thermique doit se trouver dans la limite de tolérance définie. Ce courant d’essai n’a pas d’importance pour le dimensionnement et la planification.

I4 Courant de maintien: Le déclencheur électromagnétique ne doit pas déclencher en dessous de cette valeur de courant. (p. ex. le courant d’enclenchement).

I5 Courant de déclenchement: Le déclencheur électromagnétique doit couper ce courant après 0,1 s. (p. ex. un courant de court-circuit).

Dimensionnement / Planification

Sans conditions particulières, il suffit de connaître le courant d’emploi et le courant de démarrage pour déterminer le disjoncteur.

Le courant d’emploi doit être inférieur au courant nominal du disjoncteur et le courant de démarrage ne doit pas déclencher le déclencheur électromagnétique.

La section du conducteur peut être dimensionnée en fonction du courant nominal.

Conditions particulières pour le dimensionnement qui exigent une planification plus détaillée :

Consommateurs avec courants d’enclenchement élevés
Lignes longues avec faibles courants de court-circuit
Forts courants de court-circuit
Fréquences ou tensions spéciales
Températures ambiantes hautes ou basses
Exigences élevées en matière de disponibilité / sélectivité
Nombre de disjoncteurs juxtaposés
Type de courant AC ou DC

Courant nominal

La protection contre un échauffement excessif en raison d’une surcharge est donnée si les conditions suivantes sont remplies :

Pour les disjoncteurs avec la caractéristique B, C et D, on applique I2 (courant d’essai de déclenchement) = 1,45 x In. Il en résulte la formule simplifiée suivante :

D’une manière simplifiée, cela signifie que le courant d’emploi IB doit être inférieur au courant nominal In du disjoncteur, et ce dernier doit lui être inférieur au courant admissible de la ligne IZ.

IB Courant d’emploi

In Courant nominal

IZ Courant admissible du conducteur

I2 Courant d’essai de déclenchement

La protection efficace d'une canalisation électrique est assurée par la coordination des caractéristiques liées aux possibilités de la canalisation et les caractéristiques de fonctionnement du dispositif de protection.

Pouvoir de coupure

L’objectif est de permettre à un disjoncteur de couper sans risque le courant maximal de court-circuit.

Pour cela, il faut connaître le courant de court-circuit sur le lieu de l’installation.

Si le courant de court-circuit présumé dépasse le pouvoir de coupure du disjoncteur, il faut dans ce cas limiter le courant de court-circuit sur le lieu de l’installation (filiation).

Cela peut être réalisé par exemple à l’aide de fusibles (HPC ou DIAZED) ou de disjoncteurs sélectifs.

En présence de forts courants de court-circuit, il faut définir le pouvoir de coupure en fonction des tableaux de coordination. Pour cela, voir le chapitre Filiation (protection back-up) / Sélectivité.

LE CALCUL DE IK3

•IK3 correspond à l’intensité de courant maximum dans un circuit.

•Il permet de choisir les dispositifs de protection (fusibles, disjoncteurs, ...) adaptés à cette grandeur.

Note : Il faut aussi vérifier le déclenchement des protections pour IK2 et IK1 qui sont des courants qui apparaissent en cas de défaut des SLT.

Classe de limitation d’énergie

Le standard est la classe de limitation d’énergie 3 selon EN 60898-1 (classe 1 = aucune limitation), ce qui signifie une limitation élevée du courant de court-circuit en cas d’incident.

La tension d’arc joue ici un rôle déterminant.

1_Les contacts sont fermés, la tension d’arc est quasi nulle.

2_À l’ouverture des contacts après constatation du court-circuit, il se forme une tension d’arc. Dès que celle-ci dépasse la tension de réseau (point A), l’intensité du courant de court-circuit (point B) diminue jusqu’à la valeur 0 (point 0). Il y a extinction de l’arc électrique et le courant est interrompu.

La procédure décrite présente les avantages suivants :

Une limitation du courant de court-circuit (p. ex. de 15 kApeak à 5 kApeak)
Réduction du temps de coupure du court-circuit (p. ex. de 10 ms à 5 ms)

L’arc électrique

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.

Déplacer l'arc rapidement dans la chambre de coupure pour augmenter rapidement la tension de l'arc

⇒Limiter le courant ⇒limiter l'érosion...

Les échecs de la coupure :

L'arc stagne entre les contacts
L'arc stagne dans la pré-chambre

⇒Pas de limitation du courant

Milieu trop chaud
Problème diélectrique des matériaux

⇒Re-claquage entre les contacts

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.

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

Application de tension continue / Fréquence

En raison de la vitesse de commutation élevée et des propriétés d’extinction de l’arc électrique, les disjoncteurs peuvent être utilisés également avec un courant continu ou différentes fréquences.

Il faut cependant observer que le déclencheur électromagnétique est dépendant de la fréquence.

Il n’y a aucun changement en ce qui concerne le déclencheur thermique.

Source HAGER

Pour la tension de service, il faut observer les valeurs suivantes :

AC : max. 230/400 V min. 12 V
DC : max. 60 V, 125 V (avec deux ou plusieurs pôles raccordés en série)

I4 Courant de maintien Le déclencheur électromagnétique ne doit pas déclencher jusqu’à ce courant (p. ex. le courant d’enclenchement).

I5 Courant de déclenchement Le déclencheur électromagnétique doit déclencher avec ce courant dans 0,1 s (p. ex. un courant de court-circuit).

Température ambiante

Le comportement de déclenchement d’un disjoncteur change en fonction de la température ambiante.

Le courant nominal indiqué se réfère à une température de 30°C. Sur des lieux d’installation avec des températures ambiantes supérieures ou inférieures, il faut calculer avec un facteur de correction.

Les facteurs correspondants sont indiqués dans les fiches techniques.

Il faut appliquer un autre facteur de correction si plusieurs disjoncteurs sont juxtaposés.

Le courant nominal baisse en raison de la charge thermique mutuelle.

Exemple

Une vérification graphique des différents courants permet de contrôler la planification.

Le graphique ci-dessous indique les corrélations à l’aide d’un disjoncteur de 13 A, type C.

La courbe de la charge thermique est purement informative, car la valeur Iz ou la détermination de la section conforme à la norme NF C 15-100 est déterminante pour le dimensionnement.