Surcharge

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.

Les défauts les plus courants sont :

• Surintensité par surcharge.

• Surintensité par court-circuit.

• Surtension.

• Baisse ou manque de tension.

La surcharge

Définition : Elévation de l’intensité de 1 à 10 In d’un circuit due par exemple à une surabondance des récepteurs.

Conséquences : Echauffement lent et progressif des parties actives, des masses métalliques, des isolants

Moyens de protection : Relais thermique fusible déclencheur thermique du disjoncteur.

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.

Principe de la protection contre les surcharges

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.

Le croquis ci-dessous met en évidence cette coordination.

Surintensité

Définition: On appelle surintensité tout courant supérieur à la valeur assignée (valeur nominale d’emploi).

Surcharge : Demande de puissance plus importante pour un circuit électrique. On distingue deux types de surcharges.

Surcharge temporaire

Cause possible : Augmentation du courant d’un moteur de levage lors de la montée, etc.....

Surcharge prolongée

Causes possibles : Moteur bloqué, plusieurs radiateurs sur une même prise etc .....

Les effets sur le matériels

Surintensité : Les surintensités sont les causes principales des incendies électriques.

Les courants de surcharge entraînent l’élévation de la température dans les conducteurs, la dégradation de leur isolant et leur vieillissement prématuré.

Le courant admissible dans un conducteur dépend directement du mode de pose.

Sur le graphique ci-dessous on observe pour le même mode de pose, la température atteinte par une canalisation triphasée en fils isolée au PVC traversée par un courant permanent d'une valeur comprise entre 2,5 A et 47,5 A.

Câble

Transformateur d’un poste ENEDIS

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:

Protection par disjoncteur ou par relais thermique

Détection par effet thermique pour la détection des surcharges.

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

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.

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.

Courbes de déclenchement

En fonction de leurs technologies, les organes de protection ont des caractéristiques différentes.

Ce sont leurs courbes de déclenchement.

C’est une courbe de déclenchement mécanique pour le disjoncteur, et une courbe de fusion pour le fusible.

Caractéristique de déclenchement temps / courant d’un disjoncteur

Contrainte thermique

La racine carrée de la durée (√t) doit être inférieure au rapport k. (Smm² / IA) ou encore k / dA/mm², en faisant apparaitre la densité de courant.

• I2 . t = k2 . S2

Le coefficient « k » dépends des caractéristiques du conducteur isolé.

Pouvoir De Coupure

Un dispositif de protection disjoncteur (DJ) ou fusible (FU), assure correctement sa fonction si son courant conventionnel de déclenchement (I2) est inférieur à 1,45 fois le courant admissible (Iz) :

• I2 < 1,45 Iz

Avec un disjoncteur (DJ), le courant conventionnel de déclenchement (I2) est toujours inférieur à 1,45 In, du fait de sa plus grande précision. Mais avec un fusible (FU), le courant de fusion varie (k2=1,6 à k2=1,9). De plus, suivant le type de fusible (gG) et leur calibre, un autre coefficient (k3) est mis en place :

• Type gG <16A : k3=1,31

• Type gG >16A : k3=1,10

La contrainte reste : Ib ≤ In ≤ (Iz / k3), avec k3 = k2 / 1,45.

Dans tous les cas, le Pouvoir de Coupure (PdC) du dispositif de protection doit être supérieur à l’Intensité de Court-Circuit triphasé (ICC3).

Toutefois, l'utilisation d'un appareil de protection possédant un pouvoir de coupure inférieur au courant de court-circuit au point où il est installé est autorisée par la norme CEI 60364 et par la norme NF C 15-100 aux conditions suivantes :

• 1 : il existe en amont un autre dispositif ayant au moins le Pouvoir de Coupure nécessaire (PdC),

• 2 : l'énergie que laisse passer le dispositif placé en amont est inférieure à celle que peut supporter sans dommage l'appareil aval et les canalisations protégées par ces dispositifs.

C’est la technique dite de « filiation ».

Température ambiante

La température ambiance influe fortement sur les intensités admissibles: par exemple, pour une température θ ambiante élevée (θa1 > θa2), le courant Iz1 est inférieur à Iz2.

Article sur le COURT-CIRCUIT

Article DISJONCTEUR

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