COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 1 / 6 Le circuit d alimentation d un moteur électrique (ou d un autre appareil de puissance) comporte plusieurs fonctions essentielles. Ces fonctions sont assurées par des appareils qui se trouvent sur le circuit de commande et le circuit de puissance. Il existe 4 fonctions de base indispensable au bon fonctionnement d'un système électrique. 1. LES DIFFÉRENTES FONCTIONS 1.2. FONCTION PROTÉGER Le matériel doit être protégé de toute élévation excessive de température. Les surintensités produisent ces élévations de température ; il est donc nécessaire de se protéger contre les surintensités. Il existe 2 types de surintensités : les surintensités passagères liées au fonctionnement normal de l'installation ; les surintensités anormales dues aux surcharges et aux courts-circuits. RESEAU ISOLER PROTEGER COMMANDER CONTROLER RECEPTEUR EDF Sectionneur, inter-sectionneur Disjoncteur, fusible Contacteur, interupteur Relais thermique, ampéremetre, voltmetre,... Moteur, éclairage, radiateur 1.2.1. LES SURINTENSITÉS PASSAGÈRES Elles sont provoquées par le démarrage de moteur, la mise sous tension de tube fluorescent; elles ne doivent pas provoquer le fonctionnement du dispositif de protection. 1.2.2. LES SURINTENSITÉS ANORMALES Le problème de la protection des installations électriques consiste à définir la nature des défauts contre lesquels on doit se protéger, puis à choisir l appareil capable de détecter ces défauts et de les supprimer. Il existe de nombreux appareils permettant de protéger un circuit comme le disjoncteur, le fusible. Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par : 1.2.2.1. Les surcharges Les surcharges sont une augmentation du courant absorbé par un circuit. Les surcharges entraînent un échauffement lent qui peut aboutir à la détérioration de l installation. Elles proviennent d'un dysfonctionnement de l'installation et doivent provoquer la coupure du système de protection. C'est le cas pour une consommation supérieure au calibre de l'appareil de protection. 1.2.2.2. Les courts-circuits Un court-circuit est une élévation brutale du courant absorbé. Ce sont également des surintensités, mais elles sont très importantes. Le courant de court-circuit (Icc) n'est limité que par l'impédance de la ligne. Un courant de court-circuit peut atteindre plusieurs milliers d'ampères. Il est impératif que l'appareil de protection coupe très rapidement le circuit afin d'éviter toute détérioration. 1.2.3. LES SURTENSIONS ET LES BAISSES DE TENSION. Les surtensions sont souvent dues à la foudre et les baisses de tension peuvent avoir plusieurs causes comme par exemple une installation en bout de ligne. Le paratonnerre et autres appareils de protection électronique protègent des surtensions ou des baisses de tension. 1.3. FONCTION COMMANDER 1.1. FONCTION ISOLER Cette fonction est réalisée par des appareils qui permettent d'isoler électriquement (voir de consigner) un circuit terminal du circuit d'alimentation en énergie et ceci même si la tension d'alimentation venait à être supérieur à la tension nominale (exemple : foudre). Tout cela afin d'intervenir sur l'équipement en toute sécurité (dépannage, maintenance). Ces appareils sont le sectionneur et l'interrupteur sectionneur. Dans une installation électrique, il faut commander les récepteurs à proximité et aussi ceux qui peuvent se trouver éloignés. Il existe des appareils capables d'interrompre ou d'établir un circuit en charge. Le contacteur et l'interrupteur sont ces appareils de base. Nous en trouvons cependant d'autre exerçant la même fonction : le relais statique et le contacteur statique. Ils sont de plus en plus utilisés.
COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 2 / 6 1.4. FONCTION CONTRÔLER Il est nécessaire de contrôler l'état d'un système en permanence pour donner d'une part une information à l'utilisateur : voltmètre, ampèremètre, mais aussi dans certaines conditions pour donner des ordres aux appareils de commande. Pour cela, on utilise des éléments tels que le relais thermique ou des sondes de température. 2. APPAREILLAGE INDUSTRIEL 2.1. LE SECTIONNEUR, INTERRUPTEUR-SECTIONNEUR 2.1.1. SYMBOLE 2.1.4. CARACTÉRISTIQUES Le sectionneur se caractérise par : le nombre de pôle (nombre de contact de puissance) ; la tension d utilisation ; le courant nominal ; le nombre de contact auxiliaire (nombre de contact de commande). Les pôles sont placés dans le circuit de puissance et assurent le fonctionnement de l installation. Les contacts auxiliaires (ou de pré-coupure) s ouvre en avance sur les pôles. A l inverse à la fermeture ils se ferment en retard. Ils permettent ainsi de couper la commande des contacteurs et d éviter l ouverture en charge. 2.2. LE FUSIBLE 2.2.1. SYMBOLE F1 2.1.2. CONSTITUANT 2.2.2. CONSTITUANT 2.2.3. FONCTION 2.1.3. FONCTION Appareil de connexion capable d ouvrir et de fermer un circuit lorsque le courant qui le traverse est nul ou pratiquement nul. Il permet d isoler la partie d installation en aval du sectionneur. Le sectionneur est placé en tête de l installation. Le sectionneur pourra être verrouillé en position ouverte par un cadenas. Ce verrouillage garantit la sécurité des personnes devant intervenir sur l installation (consignation). Appareil de protection dont la fonction est d ouvrir un circuit par fusion lors d une surintensité (surcharge et court-circuit). Le principe du fusible est basé sur la réaction d un point faible dans le circuit. Ce point faible est parfaitement connu (point de fusion, nature du métal, section). Ce fil fondra dès que la contrainte thermique sera trop grande : W = RI t. 2.2.4. CARACTÉRISTIQUES ET DÉFINITIONS Le fusible se caractérise par : tension nominale (tension maxi d utilisation) ; courant nominal (courant qui peut traverser indéfiniment un fusible sans provoquer ni fusion ni échauffement excessif) ;
COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 3 / 6 pouvoir de coupure (aptitude d un appareil a ouvrir un circuit électrique lorsque le courant qui le traverse est différent de 0. On dit que le fusible a un PDC de 200A, cela revient à dire que le courant de court-circuit le plus grand que le fusible peut interrompre est de 200A) ; durée de coupure (temps qui s écoule entre le moment où commence à circuler un courant suffisant pour provoquer la fusion et la fin de fusion). 2.3. LE CONTACTEUR 2.3.1. SYMBOLE 2.3.4. CARACTÉRISTIQUES Le contacteur se caractérise par : le nombre de pôle (nombre de contacts de puissance) ; la tension d utilisation (tension nominale) ; le courant nominal traversant les pôles ; le nombre de contact auxiliaire (nombre de contact de commande) ; la tension d alimentation de l électro-aimant (bobine). Les pôles sont placés dans le circuit de puissance et permettent d ouvrir et de fermer le circuit en charge. Leur pouvoir de coupure peut atteindre plusieurs milliers d Ampères. Les contacts auxiliaires sont placés dans le circuit commande. Ils ne possèdent pas de Pdc. Ils sont utilisés suivant les besoins: fonctions mémoires, verrouillage. L électro-aimant assure le déplacement des contacts. 2.4. LE RELAIS THERMIQUE 2.4.1. SYMBOLE 2.3.2. CONSTITUANT 2.4.2. CONSTITUANT 2.3.3. FONCTION Le contacteur est un appareil électromécanique de commande. Il permet d ouvrir ou de fermer un circuit électrique à distance quelque soit le courant qui le traverse. Les contacts principaux s appellent les pôles : ils sont ouverts au repos (contacteur non alimenté). Le contacteur possède un pouvoir de coupure et il est commandé à distance par l intermédiaire d un électro-aimant
COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 4 / 6 2.4.3. FONCTION Le relais thermique mesure le courant qui circule dans chacun de ses circuits de puissance et compare avec l'intensité préréglée en façade. Si le courant est supérieur dans l'un ou plusieurs de ses circuits, il actionne les 2 contacts de commande. De plus, s'il y a une différence de courant entre les circuits (manque une phase par exemple), il déclenche aussi (différentiel) 2.4.4. CARACTÉRISTIQUES intensité maximale supportée par les pôles de puissance (réglage) ; tension maximale d'isolement entre les pôles de puissance ; nombre de contact de commande et type (ouverture ou fermeture) ; courbes de déclenchement (détermine le temps de déclenchement du relais thermique). 2.4.5. EXERCICE D APPLICATION Le relais thermique est placé dans le circuit d alimentation d un moteur qui consomme normalement un courant de 4 A. L intensité de réglage (Ir) du relais est fixée à 1,25 fois le courant nominal. Calculer le courant de réglage Ir : A l aide du tableau donné, choisir le type du relais thermique adapté : TYPE Intensité LRD06 1 à 1.7A LRD07 1.6 à 2.5A LRD08 2.5 à 4A LRD10 4 à 6A LRD12 5.5 à 8A LRD14 7 à 10A Après un fonctionnement normal prolongé, le moteur en surcharge est traversé par un courant égal à 20 A Déterminer graphiquement le temps de déclenchement du contact du relais thermique : 2.5. LE DISJONCTEUR MAGNÉTO-THERMIQUE 2.5.1. SYMBOLE
COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 5 / 6 2.5.2. CONSTITUANT A l aide de la courbe de déclenchement donnée ci-dessous, déterminer graphiquement les temps de déclenchement min et max du disjoncteur : 2.5.3. FONCTION Le disjoncteur est un appareil qui assure la protection contre les surcharges et les courts-circuits. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable. Les protections thermique et magnétique agissent dans les cas suivants : surcharge, effet thermique, la réponse au dysfonctionnement est alors lente (la coupure du circuit peut prendre de quelques dixièmes de seconde à plusieurs minutes, en fonction de l'importance de la surcharge) ; Court-circuit (intensité pouvant monter à plusieurs milliers d'ampères), effet magnétique, la réponse est alors très rapide (de l'ordre de la milliseconde). A 2.5.4. COURBE DE DÉCLENCHEMENT La courbe de fonctionnement des disjoncteurs peut se décomposer en deux parties: la partie supérieure (A) où la protection contre les surcharges est assurée par un système thermique ; la partie inférieure (B) où la protection contre les courts-circuits est assurée par un système magnétique. 2.5.5. EXERCICE D APPLICATION Un disjoncteur magnéto thermique a un calibre de 10 A. Lors d un problème électrique (courtcircuit), il est parcouru par un courant de 1000 A. B
COURS 1SI : CI-3 COMMANDE ET PROTECTION DES MATÉRIELS page 6 / 6 3. DESCRIPTION DU SCHÉMA ÉLECTRIQUE D ALIMENTATION D UN MOTEUR TRIPHASÉ (UN SENS DE ROTATION)