Protections
des récepteurs électriques.
En priorité
contre 3 problèmes qui peuvent apparaitre et être plus ou moins destructeur pour
le matériel et indirectement dangereux pour les utilisateurs.
Dans un ordre croissant de dangerosité pour les appareillages (pas forcement pour les personnes) :
Les courants de fuite, ou, risque différentiel (Risque d’électrisation pour les personnes).
Les courts circuits avec risques de destruction localisée, explosion, projection, arrachement, incendie. (Risque de brulures, des blessures par éclats projetés, d’électrisation pour les personnes.
Les
surcharges, avec risque de destruction complète et très en profondeur des
appareillages, fonte des matériaux constituants les appareillages, suivi ou
accompagné en fin de risques différentiels et courts circuits.
(Risque de brulures, d’électrisation pour les personnes, des blessures par
éclats projetés au final)
Risque différentiel :
Court-circuit :
Surcharge :
Par des relais spécialisés ou d’usages mixtes :
Ø
Relais
magnétique-----------------------------------Court-circuit
Ø
Relais
thermique-------------------------------------Surcharge
Ø
Interrupteur
Différentiel---------------------------Courant de fuite.
Ø
Relais magnéto-
thermique----------------------- Court-circuit + Surcharge
Ø
Relais magnéto- thermique
différentiel-------_ Court-circuit + Surcharge + Courant de fuite.
Ø
Relais
magnéto-différentiel---------------------- Court-circuit + Courant de fuite.
·
Risque différentiel.
Exclusivement, avec des interrupteurs différentiels.
Ils mesurent les courants dans chacun des fils
d’alimentation.
La somme algébrique doit être nulle.
S’il existe une différence, l’alimentation se
coupe en un temps compris entre 10 et
20 milli secondes.
Les calibres des intensités de fuite détectées vont de 10mA à plusieurs Ampère.
Ils doivent supporter et être capable de sectionner des
courants beaucoup plus
importants qui circulent dans les fils d’alimentation. Ils sont caractérisés
par deux valeurs d’intensité : IΔdiff et I coupure.
Un exemple : 30 mA, 63 A ; 30 mA = I différentiel et 63 A I à sectionner en cas
de défaut.
Il existe des modèles pour les courants alternatifs (monophasés ou triphasés) et continu. L’usage est spécifique du fait de la technologie interne.
Interrupteur différentiel monophasé.
Interrupteur différentiel triphasé
Symbole :
Symbole :
Précision sur le risque
différentiel.
Il
est lié au fait que généralement, un des pôles d’alimentation est réuni quelque
part à la Terre ou à la masse, elle-même réuni à la terre. La Terre se comporte
comme un mauvais conducteur, mais elle conduit quand même.
Sa
résistance peut varier de 10 à 2000 Ω, selon le taux d’humidité et la nature du
sol.
Dans le cas d’une alimentation alternative,
monophasé ou triphasé, le Neutre, au niveau du fournisseur d’énergie
(parfois chez l’utilisateur), est relié au sol, afin de réaliser un effet
paratonnerre.
Ce qui fait qu’à distance, Terre et Neutre sont comparables.
Le fait de réunir Phase et Terre,
(involontairement)
réalise une sorte de court-circuit.
·
Dans
le cas d’une alimentation à courant continu, il y a un pôle de référence (0
Volt) qui va être relié aux masses métalliques (la masse). Les masses
métalliques sont de préférence reliées à la Terre.
Il se peut qu’il y ait plusieurs
alimentations.
Ce qui fait qu’à distance
Terre et 0 Volts sont comparables.
Le fait de réunir « + alim » et/ ou « -alim » et référence,
(involontairement)
réalise un court-circuit.
Le fait de relier « + alim » et/ ou « -alim »et Terre
réalise une sorte de court-circuit.
Le courant qui circule du « + » vers le sol ne passe plus par le vrai « - »
; d’où une différence entre l’intensité de la « + »
et celle du « - »
Liaison accidentelle
entre une alimentation « +Vs » et le sol. Celle-ci réalise une
connexion « + » et 0 Volt, via une résistance de sol
Règles d’utilisation des
protections différentielle.
Trois grands principes régissent l’usage des protections différentielles :
Ø
La sélectivité ampérométrique.
1.
L’installation doit être pyramidale.
2.
Chaque détecteur doit être capable de supporter l’intensité consommée en
totalité ou en partie en aval. (Il faut s’assurer de ce qui va simultanément
fonctionner comme récepteur en aval !)
3.
Chaque détecteur doit être capable de couper l’intensité citée plus haut.
Ø
La sélectivité différentielle.
Chaque détecteur doit avoir un IΔdef supérieur à celle susceptible d’être
détectée en aval.
Ø
La sélectivité temporelle.
1.
Les détecteurs les plus proches des récepteurs doivent être les plus rapides.
Ils sont qualifiés « d’instantanés »
2.
Plus le niveau de position augmente plus les détecteurs doivent être retardés.
Ils seront qualifiés et indiqués « S », comme sélectif. Certains interrupteurs
différentiels sont ajustables au niveau du retard.
Exemple :
·
Risque de court-circuit.
La protection peut s’effectuer avec deux types de matériel : Les fusibles et les
disjoncteurs de type magnétique.
Les fusibles sont plus lents à rompre une
alimentation. Voire moins fiable. Certains ne fondent pas
alors qu’ils auraient dû.
Ce qui fait qu’ils sont maintenant prohibés dans les
installations tertiaires et domestiques.
Ils
sont à usage unique.
Les
fusibles doivent être positionnés sur les pôles fournisseur d’énergie « Phases,
« + » »
Selon la rapidité demandée, il existe 3 types de fusibles
Ø
Les
ultras rapides (uR) destinés à un usage de
protection de matériel électroniques leur vitesse de réaction est de l’ordre de
0,3 à 0,5 milli secondes.
Ils possèdent un I²t (produit de
l’intensité supérieure à I nominale élevée au carré fois le temps de fusion =
constante. Connaissant l’intensité de défaut on
peut connaitre le temps de fusion))
Ø
Les
moyennement rapide de type Gc de l’ordre de 50 à 100
msec de temps de fusion.
Ø
Les
« lents », ou temporisés (T), ou
accompagnement moteur (aM). Ils sont destinés à protéger des récepteurs
présentant des courant important au démarrage ou à la mise en service.
Ils sont surtout utilisés dans des installations comportants des élements
bobinés et/ou des éléments chauffants.
Ils possèdent un I²t (produit de
l’intensité supérieure à I nominale élevée au carré fois le temps de fusion =
constante. Connaissant l’intensité de défaut on
peut connaitre le temps de fusion))
Fusibles ultra rapides
usibles moyennement rapides
Fusibles « lent »
Les disjoncteurs magnétiques.
Il est possible de les réarmer.
Ils mesurent en permanence, les courants dans chacun des fils d’alimentation.
Si le courant devient un multiple trop important de
l’intensité nominale.
Il est considéré alors, comme un court-circuit destructeur et l’alimentation se
coupe en un temps compris entre 10 et 20 milli secondes.
Le niveau de courant considéré comme un court-circuit est variable selon les
modèles de disjoncteur. On le quantifie par des courbes B, C, D, dont les
valeurs de multiples sont croissantes.
1.
La courbe B :
le disjoncteur a un déclenchement magnétique relativement bas (entre 3 et 5xIn)
et permet d’éliminer les courts circuits de très faible valeur. Cette courbe est
également utilisée pour les circuits ayant des longueurs de câbles importantes,
notamment en régime TN.
2.
La courbe C :
ce disjoncteur couvre une très grande majorité des besoins (récepteurs
inductifs) et s’utilise notamment dans les
installations électriques
domestiques. Son déclenchement magnétique se situe entre 5 et 10xIn.
3.
Et la courbe D :
cette courbe est utilisée pour la protection des circuits où il existe de très
fortes pointes de courant à la mise sous tension (ex: moteurs). Le déclenchement
magnétique de ce disjoncteur se situe entre 10 et 20xIn.
Il est possible d’utiliser les disjoncteurs en
courant continu ou alternatif. Ils ne sont pas polarisés.
Disjoncteur magnétique monophasé
Disjoncteur triphasé.
Les
calibres des intensités nominale de référence vont de 100 mA à plusieurs kilo
Ampère.
Ils doivent
supporter et être capable de sectionner des courants
beaucoup plus importants lors des courts circuits circulent dans les fils
d’alimentation.
Ils sont aussi caractérisés par ce courant de coupure.
Compte tenu
des fréquences utilisées pour les réseaux de distribution électriques (50 ou 60
Hz,
les disjoncteurs réagissent et
coupent les circuits avant que le courant de
court-circuit s’établisse intégralement dans un circuit.
Les
disjoncteurs sont généralement plus chers que les fusibles.
Précision sur le court-circuit.
Un
court-circuit se produit lorsque, deux pôles d’alimentation, au minimum sont
réunis quelque part dans un circuit.
Le
court-circuit présente une résistance nulle. Le courant de court-circuit n’est
plus limité que par l’impédance de la ligne, laquelle est très faible.
Sa résistance peut varier de 0,001 Ω à quelque 0,1 Ω, selon la distance entre la
fourniture du courant et le lieu du court-circuit, la section et la
nature des conducteurs.
L’intensité peut atteindre plusieurs dizaines de kilo Ampère.
L’élévation du niveau d’intensité est fulgurante. Le niveau maximum s’établie en
quelques dixièmes de secondes.
Il
est possible d’estimer les valeurs d’intensité permanente de court-circuit.
Pour ceux qui serait tenté :
Règles d’utilisation des
protections contre les courts circuits.
Trois grands principes régissent l’usage des protections magnétiques :
Ø
La sélectivité ampérométrique.
1.
L’installation doit être pyramidale.
2.
Chaque détecteur doit être capable de supporter l’intensité consommée en
totalité ou en partie en aval. (Il faut s’assurer de ce qui va simultanément
fonctionner comme récepteur en aval !)
3.
Chaque détecteur doit être capable de couper l’intensité de court-circuit
estimée (ou calculée).
Ø
La sélectivité temporelle.
En principe ce principe n’est pas pris en compte. S’il y a un problème tout doit
être déconnecté.
Exemple :
·
Risque de surcharge.
Exclusivement détecté, avec des relais thermiques.
Les disjoncteurs thermiques sont en amont et en série avec l’appareillage à
surveiller.
Ils mesurent les courants dans chacun des fils d’alimentation.
La moindre
augmentation d’intensité avec la valeur nominale d’intensité de référence est
considérée comme une surcharge.
Comme les surcharges peuvent être temporaires,
les relais ne
déclenchent pas instantanément, mais avec des temps qui dépassent la
seconde et peuvent atteindre le quart d‘heure.
Il
existe deux types de relais thermiques :
Ø
Les disjoncteurs qui coupent directement l’alimentation
grâce à des contacts adaptés aux courants à sectionner.
Ils sont généralement couplé avec un disjoncteur magnétique.
Ø
Les disjoncteurs thermiques, utilisés plus particulièrement
dans les installations industrielles,
transmettent l’information de détection de défaut par ouverture et/ou fermeture
de contacts auxiliaires. Ces contacts donnent ordre de coupure de l’alimentation
à des relais possédants les structures de coupure adaptées.
Ces derniers possèdent un bouton de test
simulant un défaut.
Ils sont souvent ajustables au niveau intensité à surveiller.
Ce
type de relais se raccorde sur un contacteur ou un relais magnétique
Dans le cas des
relais utilisés en triphasé et dans le domaine industriel, les relais sont
souvent qualifiés de «Différentiel ». Car il détecte aussi la rupture de la
fourniture du courant par une phase.
Les calibres des intensités de référence vont de 1 A à plusieurs kilo Ampère.
Il existe
des modèles pour les courants
alternatif, monophasé ou triphasé, et pour le courant continu. (Il est possible
de substituer les relais pour le continu et le monophasé).
Temps
de réaction à la détection de défaut de surcharge.
Règles d’utilisation des
protections contre les surcharges.
Trois grands principes régissent l’usage des protections magnétiques :
La sélectivité ampérométrique.
Remarque : Les intensités de court-circuit ne sont pas prises en compte car
gérées par les disjoncteurs
magnétiques.
La sélectivité temporelle
En principe ce principe n’est pas pris en compte.
Exemple :
