Collecon Technque... Caher echnque n 154 Technques de coupure des dsjonceurs BT R. Morel
Les Cahers Technques consuen une collecon d une cenane de res édés à l nenon des ngéneurs e echncens qu recherchen une nformaon plus approfonde, complémenare à celle des gudes, caalogues e noces echnques. Les Cahers Technques apporen des connassances sur les nouvelles echnques e echnologes élecroechnques e élecronques. Ils permeen égalemen de meux comprendre les phénomènes renconrés dans les nsallaons, les sysèmes e les équpemens. Chaque Caher Technque rae en profondeur un hème précs dans les domanes des réseaux élecrques, proecons, conrôle-commande e des auomasmes ndusrels. Les derners ouvrages parus peuven êre éléchargés sur Inerne à parr du se Schneder Elecrc. Code : hp://www.schneder-elecrc.com Rubrque : Le rendez-vous des expers Pour obenr un Caher Technque ou la lse des res dsponbles conacez vore agen Schneder Elecrc. La collecon des Cahers Technques s nsère dans la «Collecon Technque» de Schneder Elecrc. Averssemen L'aueur dégage oue responsablé consécuve à l'ulsaon ncorrece des nformaons e schémas reprodus dans le présen ouvrage, e ne saura êre enu responsable n d'évenuelles erreurs ou omssons, n de conséquences lées à la mse en œuvre des nformaons e schémas conenus dans ce ouvrage. La reproducon de ou ou pare d un Caher Technque es auorsée après accord de la Drecon Scenfque e Technque, avec la menon oblgaore : «Exra du Caher Technque Schneder Elecrc n (à précser)».
n 154 Technques de coupure des dsjonceurs BT Rober Morel «à mes ams de raval.» Ingéneur ENSMM Besançon, enre chez Merln Gern en 1971 e se spécalse dans la concepon de l'apparellage élecrque Basse Tenson. Il conrbue à l'éude du sysème Sellm. En 1980 l a en charge le développemen de dsjonceurs Compac e d'nerrupeurs Inerpac. En 1985, l deven responsable du bureau d'éude «coupure Basse Tenson» de la dvson Basse Tenson de Pussance. CT 154 édon jun 2000
Lexque a : Angle d enclenchemen en enson. Calbre (d'un dsjonceur) : C'es la valeur du couran nomnal du dsjonceur, elle es fxée par le réglage maxmal du déclencheur (proecon conre les surcharges, élecronque ou hermque). Caégore (d'un dsjonceur) : Défne par la norme CEI 60947.2 A = Dsjonceur non reardé sur ouverure en condons de cour-crcu ; B = Dsjonceur reardé sur ouverure en condons de cour-crcu Icw. E : Tenson nomnale en connu, enson crêe en alernaf. ϕ : Angle de déphasage enson /couran., ( 0 ) : Couran à un nsan, (à un nsan 0 ). a : Couran d arc à un nsan. î c : Couran crêe coupé. Icc : Couran de cour-crcu. Ics : Pouvor assgné de coupure de servce (exprmé en ka ou en % de Icu). Icu : Pouvor assgné de coupure ulme en cour-crcu. Icw : Couran assgné de coure durée admssble. In : Couran nomnal en régme permanen, Aeff. Ip : Couran présumé. Is : Couran de surcharge. r : Impédance du généraeur. R, L, C : Composanes oales du crcu coupé., ( 0 ) : Temps, (nsan nal). a : Durée de l arc. alle (d'un dsjonceur) : C'es le calbre le plus élevé que peu acceper un boîer de dsjonceur, l correspond au couran assgné de l'apparel. τ : Consane de emps du crcu (τ = L / R). u : Tenson à un nsan. u a : Tenson d arc à un nsan. : Tenson d arc sablsée. U AC : enson Anode-Cahode de chaque arc élémenare. Ud+, Ud- : Caracérsques de régénéraon. Un : Tenson nomnale en alernaf, Veff. Ur : Tenson de réablssemen. Wa : Energe d arc. W L0 : Energe selfque nale pour = 0. ω : pulsaon en alernaf, (ω =2πf= 2π/T). Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.2
Technques de coupure des dsjonceurs BT Ce Caher Technque a pour objecf de : c défnr les courans à couper dans une nsallaon BT ; c fare connassance avec un phénomène qu apparaî nélucablemen à l ouverure d un crcu : l arc élecrque ; c analyser sous un angle héorque la coupure de dfférens courans grâce à l arc ms en condon d exncon ; c aborder l aspec echnologque des dsposfs de coupure, ou parculèremen des dsjonceurs. Sommare 1 Inroducon 1.1 Défnon des courans à couper p. 4 2 L arc élecrque 2.1 Ses condons de formaon p. 6 2.2 Ses propréés physques p. 6 2.3 Ses propréés élecrques p. 6 2.4 Ses condons d exncon p. 7 3 Couper grâce à l arc p. 10 4 Couper des courans éabls 4.1 Sous une enson connue p. 11 4.2 Sous une enson alernave monophasée p. 12 4.3 Sous une enson alernave rphasée p. 13 5 Couper des courans présumés 5.1 Défnon p. 14 (avec lmaon) 5.2 Coupure avec lmaon p. 16 5.3 Sous une enson connue p. 16 5.4 Sous une enson alernave monophasée p. 17 5.5 Sous une enson alernave rphasée p. 18 5.6 Les paramères de coupure p. 18 5.7 Coupure par la echnque fusble p. 19 6 Le dsjonceur basse enson 6.1 Ses foncons p. 20 6.2 Ses echnologes p. 21 6.3 Ses performances p. 25 7 Concluson p. 28 Bblographe p. 28 Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.3
1 Inroducon Les sources d énerge des nsallaons élecrques son des alernaeurs e des ransformaeurs. Ces généraeurs auss parfas soen-ls on une mpédance nerne. Cee mpédance a deux effes rès mporans (cf. fg. 1 ): c en régme normal, cee mpédance fa chuer la enson à vde pour l amener à U n lorsque le généraeur débe I n ; c en cas de cour-crcu, cee mpédance lme le couran à une valeur, exprmée en mulple de In. S l on prend le cas des ransformaeurs, leur enson de cour-crcu Ucc (en %) correspond à la lme supéreure de leur chue de enson relave sous I n. A re d exemple à une enson de cour-crcu de 5 % correspond un Icc de : I n /5%=20I n, so pour un ransformaeur de 1000 kva/400 V, un couran de 29 ka. Il es facle d magner les dégâs pouvan êre occasonnés dans une nsallaon par un el couran (échauffemens e effors élecrodynamques éan proporonnels au carré du couran!). Auss, même s oues les précauons son prses pour le rendre peu probable, l es nécessare de prévor des dsposfs de proecon capables de couper les courans de cour-crcu. U = U 0 - Z In U 0 Un Un = Z In Couran d'emplo In Couran de surcharge Couran de cour-crcu Icc I Fg. 1 : ncdence de l'mpédance Z nerne des sources d'énerge sur la enson délvrée e leur couran de courcrcu maxmum. 1.1 Défnon des courans à couper La seule connassance de la valeur du couran à nerrompre ne suff pas pour concevor un dsposf de coupure appropré! La coupure de ous courans es foncon de pluseurs paramères lés aux généraeurs (alernaeur ou ransformaeurs), aux lgnes e aux récepeurs : c un crcu élecrque es oujours selfque, auss les varaons mêmes du couran à couper génèren, dès l ouverure du crcu, des «conreréacons» en enson qu conrbuen à son manen. Cee f.c.e.m. du ype L d/d, peu avor une valeur mporane quelle que so la valeur du couran, jusqu à l annulaon de ce couran ; c la valeur réssve du crcu à couper, conrbue à la coupure an que le couran a une valeur sgnfcave, mas n es plus d aucun secours pour 0, car la chue de enson ohmque deven néglgeable ; Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.4
c les capacés enre conduceurs acfs, qu elles soen répares (capacés «parases» des généraeurs e des câbles) ou addonnelles (baere de condensaeurs en compensaon d énerge réacve ou en flre), modfen les condons de coupure ; c la fréquence du couran à couper, car l es à pror plus facle de couper un couran alernaf qu a des zéros pérodques, qu un couran connu ; c enfn, la enson délvrée par le généraeur : l apparel de coupure do, après annulaon du couran, résser délecrquemen à la enson du réseau oujours présene. Dans la praque, ros ypes de courans à couper son défns : 1. Couran de cour-crcu Celu-c, en un pon donné d une nsallaon, n es pas sysémaquemen égal à "20 I n " du généraeur : c l dépend des caracérsques du généraeur, 3%<Ucc<7% par exemple ; c l peu êre plus pe : v selon que le défau es plus ou mons franc, v selon la longueur e la secon des lgnes en amon ; c l peu êre plus grand s pluseurs généraeurs son couplés en parallèle. 2. Couran de surcharge Le couran peu dépasser la valeur nomnale e devenr naccepable après une cerane durée : c pendan la pérode ransore de démarrage ou de fonconnemen d un récepeur ; c s la somme des pussances des récepeurs en fonconnemen dépasse les prévsons du concepeur pour ou ou pare de l nsallaon (cœffcen de fosonnemen). 3. Couran nomnal (ou plus fable) Un dsjonceur éan desné à nerrompre les fors courans de cour-crcu e les surcharges, qu peu le plus, peu le mons : un el apparel de coupure pourra auss assurer la commande des crcus e des récepeurs. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.5
2 L arc élecrque L arc élecrque n a pas éé nvené ; l s es manfesé au premer physcen qu ena d nerrompre un crcu parcouru par un couran. En effe, le crcu oujours selfque fourn suffsammen d énerge aux élecrons pour franchr la dsance qu apparaî dans la zone de séparaon des conduceurs. Le gaz présen, généralemen de l ar, es onsé par ces élecrons «ponners» e la créaon de ce plasma va dès lors facler le passage du couran! La coupure semble ans ben compromse à mons qu une melleure connassance de ce phénomène ne révèle des propréés remarquables, vore rremplaçables. Heureusemen ou! 2.1 Ses condons de formaon L arc apparaî dans un mleu gazeux : c par claquage délecrque enre deux élecrodes : v au-delà d une valeur de champ élecrque E/d, foncon de la forme des élecrodes, de la naure e de la densé du gaz (d = dsance enre les élecrodes - cf. fg. 2 ); v sue à un chemnemen sur un maérau solan dégénéran dans le gaz amban ; c dès l ouverure d un crcu élecrque parcouru par un couran : même s le crcu es puremen réssf, une cerane dsance d'ouverure es nécessare pour éver le claquage délecrque. Or les crcus son souven selfques, ce qu augmene encore les rsques de claquage e E Fg. 2 : l'arc élecrque e l'nfluence du champ E/d. nécesse ans une dsance plus grande enre les élecrodes. De plus, oue enave de décrossance rapde du couran es sgnfcave d'un L.d/d mporan, favorsan le claquage quelle que so la valeur du couran. d 2.2 Ses propréés physques (cf. fg. 3a) Dès la séparaon de deux conacs, l un (cahode) éme des élecrons, l aure (anode) les reço. Le phénomène d émsson des élecrons éan par naure énergéque, la cahode sera chaude. Le ped d arc devenan ans hermoémssf, les élecrons son majoraremen éms au pon chaud, d où un phénomène de sagnaon de l arc pouvan créer des vapeurs méallques. Ces vapeurs e le gaz amban von dès lors êre onsés, d où : c d avanage d élecrons lbres ; c créaon d ons posfs qu reomben sur la cahode e enreennen son échauffemen ; c créaon d ons négafs qu bombardan l anode provoquen son échauffemen. L ensemble de oue cee agaon se fa dans une colonne de plasma à haue empéraure, 4 000 à 20 000 K, suvan le couran e le confnemen de celle-c. 2.3 Ses propréés élecrques (cf. fg. 3b) c La plus noable es de fare apparaîre une enson d arc don la valeur a : v une pare fxe, U AC 20 à 40 V, qu apparaî dès la mondre séparaon des conacs (foncon des maéraux ulsés), v une pare varable, U L = 50 à 100 V/cm, quand l arc es sablsé en allongemen dans son conexe d équlbre presson-empéraure. So une valeur oale = U AC + U L. A noer que : - le sgne de Ua change en même emps que le sgne du couran d arc, - la valeur du couran d arc n nflue pas fondamenalemen sur la enson d arc, cela en au fa que l arc «ravalle» à densé de couran (j = /s) presque consane (les secons des Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.6
a : composon de la colonne d'arc b1 : enson de l'arc U AC b2 : enson de l'arc U L Anode Anode Anode e on + e e e e on - N on + Cahode U AC U L Cahode = U AC +U L Cahode Fg. 3 : l'arc élecrque, son phénomène physque (a) e sa enson caracérsque ou enson d'arc (b). aches anodques e cahodques, ans que celle de la colonne d arc son proporonnelles au couran, d où par analoge avec une réssance : I U = R = ρ = ρ I j = «consane») ; s c Une énerge d arc es produe, Wa = u a a d; c S l arc es placé dans un champ magnéque, l es soums aux forces de Laplace, F=Blsnα; ce qu a pour effe de le cnrer s B es perpendculare à, pus de le déplacer ransversalemen. 2.4 Ses condons d exncon Il y a exncon quand le couran d arc deven e rese nul. Aspec hermque Quand le couran d arc es pe ou deven pe, nféreur à 10 A par exemple, les échanges d énerge hermque peuven devenr supéreurs à l énerge nerne de l arc e celu-c "meur" de frod (arc grêle), dès lors cec se radu par une enson d arc qu augmene (cf. fg. 4a ). Pendan cee augmenaon de enson, une bruale exncon peu même apparaîre s les capacés parases "cour-crcuen" l arc, ce qu se produ quand la enson d arc deven e rese plus grande que la enson de charge des capacés répares (cf. fg. 4b ). Ce phénomène es appelé «arrachemen». Il n en es pas oujours ans : c s le couran d arc ven se sablser conre une paro solane, sa surface d échange hermque dmnue e les composans de l solan, localemen rès chauds, peuven favorser la conducon e l enreen de l arc ; a : exncon de l'arc,u m E a L,r arc grèle m b : les capacés parases «cour-crcuen» l'arc c C a Ud Fg. 4 : exncon d'un arc élecrque par «arrachemen» Ur Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.7
c s le couran d arc es mporan, la colonne d arc es rès exohermque e seule les évoluons conjones de la enson d arc e de la enson réseau permeen de rédure ce couran pus de l annuler. Aspec délecrque Il ne suff pas que le couran d arc devenne nul pour assurer son exncon : l fau que le mleu jusque là onsé se régénère délecrquemen pour «résser» à la enson réseau encore présene! Ces phénomènes de régénéraon par recombnason des ons + ou - e des élecrons son heureusemen rès rapdes! Auss dans la praque, pour que le couran d arc rese nul, la enson du réseau do donc êre nféreure à la caracérsque de régénéraon (Ud). S la enson d arc deven e rese supéreure à la enson réseau (en valeur absolue s l s ag de enson alernave), le phénomène de régénéraon sera amorcé pendan l approche du zéro de couran : le nombre de charges élecrques du plasma s ajuse au src mnmum e deven nul en même emps que le couran. Mas l arc e les capacés parases on la même enson jusqu à l exncon du couran d arc. Une fos le couran d arc annulé, cee enson rejon la enson réseau par un phénomène d oscllaon lbre enre ces capacés répares e les consanes L e R du crcu (cf. fg. 5 ). Ce «raccordemen» en enson es appelé Tenson Transore de Réablssemen «TTR». Ces capacés éan fables, ces oscllaons on une fréquence rès élevée e son rès amores. Ces condons on leu : c sous enson connue : (cf. fg. 6a ); La enson d'arc Ua es supéreure à la enson de réseau Ur au momen où le couran s'annule e la caracérsque de régénéraon Ud rese supéreure à Ur avec TTR, c sous enson alernave : v quand la valeur nsananée de la enson du réseau es encore de même sgne que la enson d arc au momen du zéro de couran (cf. fg. 6b ). La condon de coupure défnve sera que l évoluon uléreure de la enson réseau ne recoupe plus les caracérsques de régénéraon, an en valeurs posves que négaves, v quand la valeur nsananée de la enson du réseau es de sgne opposé à la enson d arc, mas de valeur absolue nféreure (cf. fg. 6c ). a,u b,u Ur Ud + a Ur,u Ud c Ud - a Ur,u Ud + m «TTR» m b L,r Ur Ud - E C TTR Fg. 5 : la enson ransore de réablssemen, TTR. Fg. 6 : l'arc en condon d'exncon. a- sous enson connue b- sous enson alernave avec Ur de même sgne que Ua à l'nsan du zéro de couran, c- sous enson alernave avec Ur de sgne opposé à. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.8
L exncon de l arc es défnve s la TTR ne dépasse pas la caracérsque de régénéraon. Dans le cas conrare, la TTR coupan la «courbe» de régénéraon, l peu s en suvre l apparon de couran posarc de ype élecrolumnescen. E alors : - s le couran posarc rese de ype grêle, des condons d exncon subssen ; - s le couran posarc dépasse une valeur crque sous une enson égalemen crque, l s en suvra un redémarrage du couran d arc e l faudra aendre un prochan «zéro» pour couper. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.9
3 Couper grâce à l'arc Le couran éabl à la fermeure peu êre calculé par la lo d Ohm généralsée : e - R - L d/d = 0. Après un régme ransore de fermeure le couran deven sable, d en régme éabl, l a pour valeur I = e R. Sur la base d une elle lo, le couran ne pourra êre annulé défnvemen que s la enson «e» deven nulle, ou s R deven nfn. A ces deux exrêmes, qu seraen rop conragnans en exploaon, l s es avéré préférable d nrodure un arc dans le crcu pour ulser ses propréés de enson Ua e ses condons d exncon. Dès l ouverure du crcu l équaon deven : e - R - L d/d - u a = 0. Ans, le couran sera forcé vers zéro ou passera par zéro ; e ce son les condons d exncon de l arc qu permeron la coupure du couran. Une approche progressve de la héore de la coupure se fa en dsnguan les deux cas suvans selon que la enson d arc es nrodue dans le crcu : c alors que le couran éa en régme éabl (cf. chapîre 4) ; c avan que le couran n a aen la valeur sablsée du couran de cour-crcu présumé (cf. chapîre 5). Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.10
4 Couper des courans éabls Par courans éabls, l fau enendre courans nomnaux, courans de surcharge e courans de cour-crcu qu on aen une valeur sable quelconque au momen de l ouverure du crcu. L ouverure du crcu peu êre : c so volonare, commandée par l ulsaeur, ndépendammen de la valeur du couran ; c so «réflexe», par l acon d un dsposf, sensble à la valeur même du couran, qu commande drecemen ou ndrecemen l ouverure du crcu. Pour des rasons de smplcé, les condons de coupure son éudées : c sous enson connue ; c pus sous enson alernave. 4.1 Sous une enson connue (cf. fg. 7) u = E avan ouverure : 0 = E/R après ouverure : E - R - L d/d - u a = 0 Dès l ouverure des conacs, u a évolue vers une valeur maxmale Ua. La lo d Ohm généralsée monre que le couran ne pourra êre forcé vers «0» que s u a deven supéreur à E. Snon, celu-c évoluera vers : 0 = (E - )/R, non nulle. Dans le bu de couper le couran, l es dès lors plus smple e suffsammen démonsraf de consdérer cee enson d'arc comme une foncon échelon, u a = pour > 0, ( 0 = nsan où u a = E). Le calcul comple donne alors : E, r U L R = a E R - R 1 eτ e a = τ Log Ua Ua - E en consdéran qu l y a coupure dès l nsan où le couran passe par zéro (un couran «négaf» qu sera dû à la prépondérance du Ua par rappor à Ur n ayan aucun sens physque). Le calcul de l négrale : u a Wa Wa = a τ0 u a a d donne 1 Ua Ua Ua = Log 2 L 0 2 2 1 1 + E E Ua E E L nerpréaon de cee expresson es plus asée en posan W L0 = (1/2 L 0 2 ), e en observan les courbes (Wa/W L0 ), e ( a /τ) en foncon de ( /E), (cf. fg. 8 ). 0 Wa W L0 2 aτ 2,u 0 a Ur 1,5 1 0,5 Wa W L0 aτ 1,5 1 0,5 0 Fg. 7 : coupure sous enson connue. a 0,2 1 1,5 2 3 5 10 «opmum» Fg. 8 : courbes Wa/W L0 e a /τ. E Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.11
Ces courbes monren : c s Ua = E alors Wa/W L0 = 2 seulemen! Mas le emps de coupure es nfn! c s Ua es rès grand, vore nfn alors : Wa/W L0 =1. L énerge d arc es égale à l énerge selfque nale, e le emps de coupure es quasmen nul : la pussance de l arc Wa/ a rès élevée! c que le coude de la courbe Wa/W L0 es un opmum praque, e donc que Ua 15, < < 2, 5 es un bon comproms ; E alors Wa 1,2 W L0 e a τ. Le coeffcen 1,2 (relevé sur la courbe) es rès sasfasan parce que proche du mnmum mnmorum «1» dffcle à aendre. 4.2 Sous une enson alernave monophasée u = E sn ω = I 0 cos (ω + ϕ), avec cos ϕ = e I 0 = L ω ( L ω) 2 + R 2 E 2 2 ( Lω) + R Dès la séparaon des conacs, l arc apparaî, e l évoluon de sa enson dans le emps peu paraîre complexe. Néanmons, u a es oujours du sgne de e sa valeur absolue moyenne end vers Ua (cf. fg. 9 ). L éude mahémaque de a, a e Wa, à parr de la lo d Ohm généralsée u-r-ld/d - u a = 0 es oujours possble mas mons asée. De plus, ces seuls calculs ne prenan pas en compe les condons de réablssemen en enson d une réelle coupure en alernaf, l analyse des deux cas Ua E e Ua << E s mpose : c s Ua E, (cf. fg. 10 ), la enson d arc conrbue à forcer le couran vers «0» e à y a,ua a reser. Cec quel que so le déphasage «ϕ» de par rappor à «u» ; c s Ua << E, la coupure rese possble e globalemen plus asée qu en connu pusqu l y aura des zéros «naurels» de. La réusse de la coupure es condonnée par des phénomènes posarcs à chaque zéro de couran, cee condon se résuman à une course de vesse enre la régénéraon délecrque de l arc e la enson réseau. Examnons deux possblés : v s le symérque de Ua acqus à un zéro de couran es supéreur à la enson réseau à ce nsan (cf. fg. 11a ), TTR comprse, alors la «courbe» d évoluon de la régénéraon délecrque rese plus grande que la enson réseau : l y a coupure ; v s le symérque de Ua acqus à un zéro de couran es nféreur à la enson réseau à ce nsan (cf. fg. 11b ), TTR comprse, alors cee enson réseau rsque de couper la courbe de régénéraon délecrque s celle-c es rop lene. Dans ce cas l arc peu se réamorcer, l y a non coupure, du mons à ce zéro de couran! Dans ces deux possblés l nfluence du faceur de pussance cos ϕ du crcu à couper es mporane du fa du déphasage des zéros de couran par rappor à la valeur de la enson du réseau. En parculer, s cos ϕ 1, enson e couran son nuls en même emps, e la coupure es rès facle.,u + Ur () II 0 - a Fg. 9 : coupure sous enson alernave. Fg 10 : Ua E Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.12
a b,u,u Ud+ Ud+ a - Ur Ud- - Ur Ud- Fg. 11 : Ua << E 4.3 Sous une enson alernave rphasée Lorsque le neure es dsrbué, les condons de coupure sous une enson rphasée son les mêmes que sous une enson monophasée, en rasonnan en enson smple, phase par phase. Lorsque le neure n es pas dsrbué le pon de cour-crcu défn un pon neure «floan» (cf. fg. 12 ). Ans : c le premer pôle qu coupe devra supporer une enson de réablssemen égale à une enson sem-composée du fa que le pon neure se déplace de N vers N' (en fa N' end vers N" au proraa des ensons d arc sur les deux aures phases). Le réablssemen en enson se rouve ans pénalsé d un faceur 1,5 (à 3 ); cles deux pôles resans son en sére pour assurer la coupure défnve sous une enson composée. Cee fn de coupure es favorsée s chaque phase a une enson d arc Ua. Néanmons ce n es guère plus asé que de couper le même couran sur une seule phase en enson smple ( 3/ 2= 0,86 au leu de 1 e de plus la mondre fablesse délecrque d un pôle amènera l aure à couper sous enson composée). 2 N" N N' Un 1 0 1 = 0 2 = 3 N' e N" = Neure floan Fg. 12 : neure non dsrbué. 3 Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.13
5 Couper des courans présumés (avec lmaon) 5.1 Défnons Couran présumé Dans une nsallaon, c es le couran qu crculera dans un crcu, s chaque pôle de l apparel de connexon, ou le fusble, éa remplacé par un conduceur d mpédance néglgeable (CEI 60050). Dans un crcu d essas d apparellage, c es le couran d éalonnage. Rappelons que : c sous une enson connue, l évoluon du couran es de la forme E = 1 eτ R = I 1 eτ (cf. fg. 13 ) ; p c sous une enson alernave monophasée, l nsan «d apparon du défau» ou de fermeure par rappor à la valeur de la enson réseau a un grand rôle dans l évoluon du couran ransore. En caracérsan ce nsan d apparon par son angle d enclenchemen a, la enson peu s écrre : u = E sn (ω + α), (cf. fg. 14a ) L évoluon du couran es de la forme : = E R sn ω + α - ϕ sn α - ϕ ( ) ( ) e R L avec deux composanes : v l une alernave, déphasée de ϕ par rappor à la enson, v l aure connue, endan vers 0 pour endan vers l nfn. Deux cas parculers son défns par : v α = ϕ, d «régme symérque» (cf. fg. 14b ) Le couran es de la forme : = E R sn ω Le couran a, dès le dépar, la même allure qu en régme éabl e une valeur crêe E/Z. v α = 0, d «régme asymérque» (cf. fg. 14c ). Le couran es de la forme : = E sn ( - sn e R ω ϕ)+ ϕ R L Ans la premère valeur crêe du couran es foncon du cos ϕ du crcu ; c sous une enson alernave rphasée (cf. fg. 15 ) Le couran dans chaque phase peu donner leu aux mêmes cas parculers (symérque e asymérque) qu en monophasé. De oue façon, quelque so α l y a presque oujours : c une phase en régme quas-symérque, c une phase en régme quas-asymérque, c la dernère phase éan de en «pee boucle». a b u «α» α = ϕ «symérque» E R I p E R c «asymérque» τ α = 0 Fg. 13 Fg. 14 : évoluon du couran sous enson alernave. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.14
Laboraore VOLTA A3076 90/05/31/001.005 200.0 10 ms Asymére vrae voe 1 40 ka I1 voe 4 205 V V1 voe 2 40 ka I2 Quas-symére voe 5 204 V V2 voe 3 40 ka I3 Pee boucle voe 6 204 V V3 Ondes de enson Ondes de couran Fg. 15 : oscllogrammes d'une coupure d'un crcu d'essas sous une enson alernave rphasée, avec α = 0 (pour la phase 1). Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.15
5.2 Coupure avec lmaon Il es enendu par cee expresson, que des dsposons son prses pour empêcher le couran de cour-crcu d aendre la valeur crêe maxmale de son couran présumé (cf. fg. 16a ). L enjeu praque es mporan e souven ndspensable pour éver des dégâs dans l nsallaon. Cee lmaon ne sera obenue grâce à l arc que s sa enson d arc deven rapdemen plus grande que la enson du réseau e s y manen (cf. fg. 16b ). En effe, la lo d ohm, e - R - L d d - = 0, perme de défnr ros condons de lmaon (cf. fg. 16c ): ccréaon d une enson d arc au plus ô ; c évoluon de cee enson d arc au plus ve pour avor =e-r e ans L d = 0, ce qu d sgnfe que le couran aen alors une valeur maxmale îc ; c manen de cee enson d arc Ua au plus hau, alors d/d es négaf e le couran es forcé vers 0. En résumé «Tô, Ve, Hau», elle es la devse pour : «Couper grâce à l arc des courans présumés, avec lmaon» a b u c îc Ua d d = 0 Fg. 16 : condons de lmaon. Ip coupé Ur d d < 0 5.3 Sous une enson connue La enson connue es de la forme u() = E. c Jusqu à ouverure du crcu, le couran évolue selon la formule : E = 1 e τ R = Ip 1 e τ I p 0 I p c Après ouverure du crcu, une enson d arc apparaî. S celle-c croî rapdemen, son évoluon globale peu êre assmlée à une foncon échelon don le fron de monée sera défn par : u a = E à un nsan 0 (cf. fg. 17 ). u a τ c Le couran ayan alors aen une valeur 0 décroî ensue d une façon exponenelle e s annule après un emps a << τ. Le calcul de l énerge d arc, E a Wa ua a d, o 0 Fg. 17 : lmaon sous enson connue. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.16
Wa W L0 2 Par conséquen, Wa L 2 0 1 0 2 Ua Un R 1 Log + R 0 1 0 Ua -Un 2 R 15 1,2 1 0,95 0,85 0,75 0,5 0,3 0,2 k = 1 k = 0,9 k = 0,8 k = 0,7 k = 0,6 k = 0,5 D où le réseau de courbes (Wa/W L0 ), (cf. fg 18 ) en nrodusan le rappor de lmaon k = 0 / p. A noer que l énerge d arc es d auan plus pee que le rappor k es pe. Cee énerge es «opmale» pour 1,5 < / E < 2,5 ; ce qu éa le cas en couran éabl. 0 k = 0,25 1 1,5 2 2,5 3 Ua E Fg. 18 : réseau de courbes selon le rappor k. 5.4 Sous une enson alernave monophasée En condon de lmaon, la coupure d un el couran se fa comme s l s agssa momenanémen d une coupure sous enson connue. c Dans le cas du régme symérque, en parculer, l es quasmen équvalen de consdérer une coupure sous couran présumé avec une enson réseau E = Un (cf. fg. 19a ). c Dans le cas du régme asymérque, la lmaon es souven melleure car la enson d arc «coupe» la enson réseau avan que le couran n a foremen évolué (cf. fg. 19b ). c Dans ous les cas «nermédares», avec «pee boucle», la coupure avec lmaon peu n avor leu que lors de la deuxème dem onde de couran, la premère ayan éé rop fable en nensé (cf. fg. 19c ). Remarque : Une lmaon performane sur fors courans de cour-crcu, ne peu êre obenue que s la enson d arc nerven dans un emps rès nféreur à T/4. a b c,u,u Un 2 p «SYM.» p «ASYM.» p c Ur c Ur a T/2 T/2 p «pee boucle» Fg. 19 : lmaon sous enson alernave monophasée. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.17
5.5 Sous une enson alernave rphasée Deux cas son à consdérer : 1er cas : ouverure ndépendane des pôles. Chaque phase fa apparaîre une enson d arc en foncon du couran qu la raverse (cf. fg. 20 ). En premère approche, ou se passe comme s : c une des phases coupe en régme symérque monophasé mas don le réablssemen en enson se fa sous une enson sem-composée ; c enfn, les deux aures phases assuren une coupure en bphasé d une «queue de couran». 2e cas : ouverure smulanée des pôles. Le couran de la phase en régme symérque réag, le premer, sur un dsposf de déclenchemen qu assure une ouverure omnpolare rès rapde. Auquel cas les ensons d arc se développen sur les ros phases à parr du même nsan. Tou se passe comme s la phase en régme quas-symérque éa coupée sous sa enson composée avec une enson d arc doublée. Cee ouverure omnpolare do se fare dans un emps < T/4 e aura une effcacé maxmale pour < T/8, la phase en «pee boucle» éan alors coupée ben qu ayan vu peu de couran. Un el comporemen en coupure : c a leu sur des dsposfs à fable nere oale des pèces en mouvemen ; c es recherché sur de gros apparels à énerge de manœuvre exerne ulra rapde (à effe Thomson avec décharge capacve par exemple). Laboraore VOLTA A0201 89/02/014 1 ms p1 voe 1 20 ka I 1 voe 4 200 V V 1 voe 2 20 ka voe 5 200 V I 2 V 2 p2 voe 3 20 ka voe 6 200 V I 3 V 3 Fg. 20 : oscllogrammes d'une coupure d'un cour-crcu d'essas sous une enson rphasée, avec ouverure ndépendane des pôles. 5.6 Les paramères de coupure Afn d apprécer l effcacé de la coupure, les paramères reenus son : c couran crêe coupé = îc (valeur absolue du couran crêe maxmum). Sa connassance perme de défnr les conranes élecrodynamques maxmales dans le crcu ; c «conrane hermque» ou négrale de 2 joule = d Cee dénomnaon es consacrée par l usage. La forme du couran coupé ne correspondan pas à une foncon mahémaque smple, cee Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.18
négrale es calculée pas à pas, par nformaque. Cee négrale radu les conranes d énerge hermque, mas auss élecro-dynamque, sur les élémens du crcu ; c durée de coupure = a Temps oal de coupure s le crcu es rphasé ; c enson d arc maxmum = Ordres de grandeur : v 250 à 500 V pour un dsjonceur sandard, v 600 à 900 V pour un dsjonceur lmeur. Ces «surensons» ne son pas dangereuses car elles son nféreures aux ensons d essas normalsées pour les nsallaons BT ; c énerge d arc = u a a d Cee négrale es auss calculée, pas à pas, par ordnaeur. Elle radu l énerge consommée dans la zone d arc. Ordres de grandeur : 1, 10, 100 kj suvan les apparels e les courans coupés. Elle condonne l endurance des apparels en coupure. 5.7 Coupure par la echnque fusble Un fusble coupe grâce à l arc. Sa relave smplcé résde dans le fa qu un flamen dûmen calculé es poré à sa empéraure de fuson par le couran qu le raverse. Sur for couran, l échauffemen condusan à la fuson du flamen es de ype adabaque, son énerge de préarc éan défne par la formule : pa R 2 d = m c T 0 f avec : R = réssance du flamen, m = masse du flamen, c = capacé calorfque, T f = empéraure de fuson, pa = emps de préarc. Cee énerge hermque de de préarc es ndépendane de la enson réseau. L arc a rapdemen la longueur du flamen fondu, la enson d arc prend une valeur foncon de cee longueur e de la presson qu apparaî dans l ampoule (cf. fg. 21 ). Cee ampoule peu êre remple de poudre de slce pour absorber l énerge d arc par fuson de la slce. Noe : La «raîne» de couran s explque par le chemn «préférenel» que l arc crée dans la slce fondue. L arc deven grêle conre les paros encore chaudes. Quelques remarques à propos des fusbles : c ceux-c ne peuven nervenr que sue à des courans de fore surcharge ou de cour-crcu ; c cerans ypes de fusbles son à percueur pour sgnaler leur fuson, mas auss parfos pour agr ndrecemen sur un dsposf de coupure complémenare afn d assurer une ouverure de oues les phases ; c après défau e fuson d un fusble, cerans «rescapés» peuven avor frôlé la fuson e ans avor leurs caracérsques modfées, ls son alors suscepbles de fondre nempesvemen sous un couran nféreur à leur calbre. Auss fau-l changer ous les fusbles à la fos. p,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ,,,,, @@@@@ ÀÀÀÀÀ Elémen fusble Slce Enveloppe solane Dsposf de raccordemen U pa Ur a Fg. 21 : le fusble, sa consuon e les courbes caracérsques de sa coupure. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.19
6 Le dsjonceur basse enson Un dsjonceur (cf. fg. 22 ) es un apparel de connexon capable de fermer e d nerrompre un crcu quel que so le couran jusqu à son Pouvor de coupure ulme : Icu (cf. norme CEI 60947-2). Ben que sa foncon essenelle so la coupure des courans de cour-crcu e de surcharge par acon «réflexe» à propre couran, l perme auss par une acon volonare exéreure, les coupures des courans de surcharge e des courans «normaux», (d emplo e plus pes). De plus, après oue ouverure l assure un solemen en enson du crcu coupé. La concepon d un dsjonceur pouvan réunr dans un même boîer oues ces foncons a condu à adoper des soluons spécfques quan aux : c mécansmes de fermeure/ouverure ; c déclencheurs ; c crcus élecrques des pôles ; c élémens de coupure (conacs, chambre de coupure, ). Ce chapre es une analyse de ses foncons, ses echnologes, e ses performances. Zone de coupure Plage de raccordemen amon Chemnée d'échappemen des gaz Grlle d'échappemen Grlle solane Séparaeur de la chambre de coupure Pare-éncelles nféreur (bas de chambre) Conac fxe Conac moble Pare-éncelles supéreur (hau de chambre) F O/D Posons de la pognée de commande fermé - F - ouver déclenché - O/D - ouver - O - réarmemen - R - O R Bloc déclencheur magnéohermque (nerchangeable) avec : déclencheur hermque déclencheur magnéque plage de raccordemen aval Fg. 22 : coupe d'un dsjonceur BT ndusrel 400 A. 6.1 Ses foncons Fermer le crcu Par acon sur le mécansme, dès que le mondre conac es éabl, le ou les récepeurs son almenés en couran ; à la mse sous enson cerans absorben des courans ben supéreurs à In (exemple : moeur 7 à 8 In pendan quelques secondes). Pour que ces surnensés ne donnen pas leu à des phénomènes néfases Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.20
pour la zone de conac (éroson due aux arcs), l accosage à la fermeure do êre brusque, noammen à parr de 100 A. Auss, pour convenr à ous les cas usuels, les dsjonceurs doven pouvor éablr des courans de 15 à 20 fos supéreurs à leur nensé nomnale. La réalsaon de cee foncon requer des spécfcés, car un dsjonceur do oujours êre prê à rouvrr en cas de défau dans l nsallaon, y comprs pendan ou rès peu de emps après sa fermeure! Condure le couran Cee foncon passve nécesse des précauons consrucves, pour avor ou à la fos un échauffemen admssble e une possblé d ouverure rapde. E en plus, s le dsjonceur es sélecf l peu nécesser une enue élecro-dynamque élevée pour acceper les courans de cour-crcu pendan la durée de sélecvé, nécessare au fonconnemen des apparels aval. Ouvrr le crcu, couper le couran c Par acon volonare sur le mécansme, manuelle ou élécommandée ; le couran à couper peu êre quelconque. c Par l acon réflexe sur le mécansme, provoquée par le déclencheur sue à une surnensé : l s en su une ouverure auomaque e défnve du dsjonceur, même s l organe de manœuvre es manenu sur la poson «fermé». c Par acon d un déclencheur auxlare sur le mécansme : Dsposfs à manque de enson, à mse sous enson, à couran dfférenel L ouverure es auomaque e défnve, le couran ayan une valeur quelconque à ce nsan. Assurer le seconnemen Quand le dsjonceur es ouver, un nveau d solemen es requs enre les pares «sous enson» e «hors enson». Ce nveau es valdé par des ess délecrques, els ceux prescrs par la norme CEI 60947-2 : c un essa de couran de fue max enre enrée e sore sous Ue max ; c une enson de choc supéreure (par exemple à 12,3 kv au leu des 9,8 kv exgés pour un apparel de même ype n ayan pas cee foncon) ; c un essa de robusesse du mécansme, d «du conac soudé» ; (cf. Caher Technque Schneder Elecrc n 150). 6.2 Ses echnologes Les mécansmes Les ros prncpes de base son : c mécansme «à 2 posons» sables «O» e «F» (pour les dsjonceurs de calbre nféreur à 100 A) ; c mécansme à 3 posons sables O, F, O/D, surou ulsé dans les dsjonceurs ndusrels (cf. fg. 22 ) don l organe de manœuvre perme : v la fermeure brusque des conacs, ndépendane de la façon de manœuvrer, v l ouverure brusque des conacs, ndépendane de la façon de manœuvrer, v l ouverure par déclenchemen, brusque e ndépendane du manen de la pognée en poson «F» ; un réarmemen do alors précéder la refermeure, v le seconnemen apparen (l organe de manœuvre ne peu êre cadenassé en poson «O» que s les conacs son réellemen ouvers) ; c mécansme pour dsjonceur fore nensé, plus sophsqué, car l compore un dsposf d armemen à accumulaon d énerge avan fermeure e ouverure, permean ans un cycle «O - FO» sans réarmemen nermédare. Les déclencheurs Les déclencheurs son d une rès grande dversé, auss seuls les prncpes de bases qu consuen des mnmums pour aborder la coupure des surnensés son rappelés caprès. c Les déclencheurs magnéo-hermques : v en condon de surcharge, c es l aene d un échauffemen sgnfcaf d un couran déermné, (ou d une empéraure pour beaucoup d enreeux) qu provoque le déclenchemen grâce à un élémen «hermo-mécanque», généralemen un blame. - lorsque la surcharge es fable le calbre nomnal du déclencheur es défn par des condons d échauffemen en régme asympoque. Le déclencheur peu êre «compensé» pour éver l nfluence de la empéraure ambane. - pour des surcharges mporanes, les échauffemens évoluen en régme adabaque. Le emps de déclenchemen es donc foncon de l éa d échauffemen préalable du dsjonceur. v en condon de cour-crcu, à parr d un ceran seul de couran, les déclenchemens seron assurés en «nsanané» par un crcu magnéque qu aconne une palee ou un noyau. Ce seul es défn sur mpulson de couran de 200 ms, mas son emps d acon deven rès pe (3 à 5 ms) sur for couran ; Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.21
c Les déclencheurs «élecronques». L objecf premer rese une évaluaon du couran qu raverse les pôles du dsjonceur pour agr en conséquence sur un dsposf de déclenchemen. Leurs nérês : v plus grande précson des seuls recherchés, v courbes de déclenchemen réglables selon l emplo, v des possblés d nformaon locale ou à dsance. Les conacs Les conacs des dsjonceurs BT son consués par des zones d élémens conduceurs ms en presson dans le même sens que leur déplacemen possble (cf. fg. 23 ), donc pas de conac «coueau» comme dans beaucoup d nerrupeurs. Deux phénomènes physques lés aux maéraux ulsés e à la force de conac doven reenr nore aenon : c la réssance de conac (Rc). Celle-c do êre la plus fable possble car elle condonne la pussance ohmque développée au pon de conac qu l fau évacuer par conducon. Ces échauffemens peuven accenuer les phénomènes d oxydaon e de corroson, pour s en préserver, les conacs peuven êre en cuvre jusqu à 100 A e doven êre à base d argen au-delà. Sur fors courans, au pon de conac, la pussance produe peu dépasser la pussance dsspable. La zone de conac peu alors êre porée à la fuson ; auss pour éver la soudure Force de conac (Fc) Fg. 23 : les conacs des dsjonceurs BT son ms en presson dans le même sens que leur déplacemen. I I des conacs un couple de maéraux héérogène es généralemen prévu, par exemple avec l nroducon de ellure ou de carbone dans l un des deux maéraux de conac. La echnque de «conac unque» es employée jusqu à In = 630 A. Au-delà l s avère préférable d ulser un sysème à pluseurs «dogs» de conac en parallèle ; c la répulson de srcon. Par neracon magnéque enre les lgnes de courans «rayonnanes», l apparaî une force de répulson des conacs de répulson de srcon. Cee répulson de srcon a des conséquences néfases, car pendan oue sa durée l y a : v éroson nule des paslles par l énerge d arc, v rsque de soudure ou de mcrosoudure s les conacs se refermen, v créaon de «pons chauds» favorsan la sagnaon de l arc e ans l émsson hermoonque ; les condons d exncon de l arc pendan sa phase de régénéraon pouvan êre ans compromses. Il es à noer que pour amélorer la enue élecrodynamque au-delà de In = 630 A, la répulson de srcon condu auss à ulser la echnque mul«dogs». En défnve, le chox des maéraux e de la force de conac son déermnans quan à la réssance de conac, au seul de répulson e, à d aures aspecs els que éroson, mcrosoudures ec. Conac moble Sur fors courans, au-delà de 15 In, l fau : c pour des apparels devan reser fermés, renforcer la enue élecrodynamque par un effe de «compensaon» à propre couran. Voc quelques schémas possbles : v par aracon muuelle, ce schéma ulsé dans les nerrupeurs empêche l ouverure sous for couran (cf. fg. 24a ), v par répulson équlbrée, ulsée dans les dsjonceurs à fore nensé nomnale (cf. fg. 24b ). Ces dsjonceurs éan en êe d nsallaon, ls son souven à déclenchemen reardé pour obenr une sélecvé ; leur enue élecrodynamque do donc êre élevée, proche des valeurs de cour-crcu «20 In» ; c pour des apparels devan s ouvrr e couper rapdemen, amélorer les condons de répulson du conac moble afn d obenr au plus ve une enson d arc. Quelques schémas son possbles (cf. fg. 25 ): và smple boucle de répulson, v à double répulson (souven réalsée par un «double conac»), v à «exraceur», un noyau magnéque pousse ou re le conac moble. Les effes de répulson peuven êre renforcés par la mse en œuvre de crcus magnéques : v avec des effes proporonnels au carré du couran : - crcu avaleur en U (cf. fg. 26a ), - crcu expulseur en U (cf. fg. 26b ), Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.22
a Fr (/2) Fm Fr b 1/3 A Fr Fm Fr (/2) Fr 2/3 Fg. 24 : renforcemen de la enue élecrodynamque des conacs. a Fr Fm b Fm c Exraceur Fm Fg. 25 : prncpe de répulson des conacs : a : à smple boucle de répulson ; b : à double répulson (souven réalsé par un double «conac») ; c : à «exraceur», un noyau magnéque pousse ou re le conac moble. v avec des effes proporonnels à la pene du couran (d/d) donc parculèremen effcace sur for couran (Icc), (cf. fg. 26c ). Il es parfos recherché que les conacs mobles se refermen «ous seuls» après un laps de emps afn de ne rouvrr défnvemen que s le cour-crcu n a pas éé élmné par un dsjonceur plus en aval. Les chambres de coupure Le rôle essenel de cee zone es de manenr la enson d arc à une valeur convenable ou en absorban l énerge développée par l arc (cee énerge es parfos phénoménale : s = 500 V e = 10000 A pendan 2 ms, alors Pa=5MweWa=10 kj!). Cee zone do auss sasfare à des condons de régénéraon délecrque suffsanes pour assurer la coupure défnve du couran, malgré la présence de la enson réseau. Les phénomènes physques à prendre en compe pour assurer la coupure ne son plus essenellemen élecrques : la hermque (fuson, sublmaon, évaporaon), l aérodynamque, le rayonnemen, jouen égalemen un rôle dans les blans d énerges de chaque nsan. a b c,,,,, Fm Fm,,,,,, Ouverure 2 2,,,,, Ouverure Fm Fg. 26 : dsposf magnéques de répulson des conacs : a : crcu avaleur en U ; b : crcu expulseur en U ; c : répulson à for d/d. Ouverure,, Fm Fm Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.23
Le prncpe de base d une chambre de coupure consse à envoyer l arc conre un emplage de séparaeurs, ou plaquees, dsposés ransversalemen à la colonne d arc prncpale afn de : c fraconner l arc en auan d arcs élémenares qu l y a d nervalles (cf. fg. 27a ), chacun d eux génére ans une enson d arc mnmale U AC de 20 à 40 V, due au phénomène anode/cahode e provoque un allongemen de ce arc. La enson d arc escompée quand l y a fraconnemen se calcule ans : N U AC + (L - N e) U L où : e = espace enre 2 séparaeurs, N = nombre de séparaeurs, L = longueur de la chambre de coupure. Par exemple : avec N = 10, L = 4 cm, e = 0,2 cm, U AC 30 V e U L 75 V/cm, 200 + 150 = 350 V c emmagasner, par échauffemen ou lquéfacon emporare des séparaeurs, l énerge produe sous fors courans dans la colonne de plasma. Mas dans un conexe donné e sous fors courans, l exse une lme supéreure en nensé au-delà de laquelle, l arc rese en avan des séparaeurs ou en ayan des échanges hermques rès mporans avec ceux-c (cf. fg. 27b ). Ben que l arc ne so plus fraconné, la enson d arc es de même ordre de grandeur ou un peu plus pee. La préchambre Cee zone es consuée par le volume qu sépare la zone de séparaon des conacs e le débu des séparaeurs composan la chambre de coupure. Son aménagemen es souven nécessare, vore ndspensable pour : c éver la sagnaon de l arc sur les conacs (éroson e pons chauds) ; le pare-éncelles «nféreur» y conrbue en assuran le déplacemen du ped d arc des conacs fxes vers le dessous des séparaeurs de la chambre ; c favorser un allongemen de l arc plus rapde e plus grand que celu provoqué par la seule ouverure mécanque des conacs. Les effes magnéques déjà évoqués pour la répulson du conac moble conrbueron à ces objecfs, en agssan sur le couran d arc. En plus de ce «soufflage magnéque» un réel soufflage aérodynamque apparaîra s l énerge de l arc nassan vaporse ou sublme des maéraux solans gazogènes. Enfn une presson, névable lors de la coupure de fors courans en mleu confné, favorse l évoluon de la enson d arc, car : c la secon droe de la colonne d arc s en rouve rédue e sa «réssance» augmenée ; c les dfférences de pressons enre cee zone (surpresson due à l arc) e l arrère de la chambre de coupure (presson amosphérque) favorseron son enrée e son manen dans la chambre. a b L N e e e conac moble e conac fxe Fg. 27 : les séparaeurs placés dans les chambres de coupure faclen la coupure. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.24
6.3 Ses performances Les performances d'un dsjonceur permeen d'assurer son apude à l'emplo dans une nsallaon élecrque donnée e en un pon donné de celle-c. Les nsallaons élecrques nécessen l'emplo de nombreux dsjonceurs (à l'orgne de l'nsallaon, aux changemens de secon des lgnes, près de cerans récepeurs, ) don les performances peuven êre rès dfférenes : c des ensons nomnales de 400 à 690 vols en rphasé ; c des nensés nomnales In comprses enre quelques ampères e 6300 A, selon leur place dans l'nsallaon ; c des proecons conre les surcharges de 1,3 à 10 In, selon les élémens proégés ; c des pouvors de coupure de valeurs souven nféreures à 35 ka, mas aegnan parfos 150 ka selon la pussance nsallée. Parcularés des dsjonceurs BT Pour sasfare l'ensemble des besons d'une dsrbuon élecrque de caracère ndusrel ou erare, l es donc nécessare de dsposer d'une «gamme de dsjonceurs» (cf. fg. 28 ). Dsjonceurs don les caracérsques son obenues par des soluons echnques adapées à leurs foncons e à leur alles. C'es ans que la foncon coupure, adapée à chaque nveau, conrbue à la sûreé de oue une nsallaon : c la proecon (des personnes e des maérels), c la dsponblé de l'énerge, ou connué de servce noammen par la sélecvé au déclenchemen des dsjonceurs. En BT, deux ypes de sélecvé son essenellemen ulsés : la sélecvé ampèremérque e la sélecvé chronomérque. c La premère, renforcée par l'emplo de la sélecvé énergéque (cf. Caher Technque N 167), s'oben avec les dsjonceurs de caégore A selon la norme CEI 60947-2. Ces dsjonceurs doven couper rès rapdemen le couran de défau, e lmer foremen les courans de cour-crcu. c La deuxème, la sélecvé chronomérque, es réalsée avec les dsjonceurs de caégore B. Ces dsjonceurs, généralemen placés en êe d'nsallaon, doven supporer le passage des Fg. 28 : gamme de dsjonceurs Basse Tenson Merln Gern. Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.25
courans de défau éabls e donc avor une fore enue élecrodynamque. Une fore lmaon du couran de courcrcu (vor auss le Caher Technque n 163) Elle es surou recherchée pour les dsjonceurs de alle nféreure ou égale à 630 A. Ceux-c développen une enson d'arc de l'ordre de 600 à 900 V dans des pes volumes. Une elle enson s'oben plus asémen avec des sysèmes à double coupure (par combnason des schémas des fgures 25b e 26b ), e la mse en œuvre d'un conac moble de ype roaf qu offre l'avanage supplémenare de facler la fabrcaon d'une encene par pole (cf. fg. 29 ). Couper "100 ka" en 2,5 ms es ans devenu possble avec un dsjonceur de la alle 250 A. Une fore enue élecrodynamque Elle es recherchée pour les dsjonceurs de alle égale ou supéreure à 800 A. Ce objecf nécesse un prncpe de compensaon des effors élecromagnéques plus asé à résoudre avec une smple coupure (schéma 24b ) d'auan plus que la grande ouverure (dsance enre les conacs) perme d'obenr égalemen une enson d'arc élevée de 600 à 900 V. C'es ans qu'un dsjonceur d'une alle de 3200 A coupe "100 ka" en 15 ms (sans reard au déclenchemen), mas peu auss supporer 75 ka pendan 3 s (cf. fg. 30 ). Des performances confrmées L'évaluaon e la garane des performances des dsjonceurs son faes par la réalsaon d'essas normalsés (cf. CEI 60947-2 e NF C 63-120). Ans, pour ce qu a ra à la "coupure", des essas permeen de vérfer par exemple : c les endurances sous In, c les endurances en surcharges (sous 6 In par exemple), c les pouvors de coupure par des cycles : v O-FO à Icu, couran de cour-crcu ulme, v ou O-FO -FO à Ics, couran de cour-crcu de servce avec Ics Icu. Noa : La publcaon de la norme CEI 60947-2, qu rae des dsjonceurs BT ndusrels, a fa l'obje du Caher Technque n 150 don la lecure es à même de compléer ces nformaons. Raccordemen supéreur Chambre de coupure Joue gazogène Conac moble Enveloppe Barreau Crcu magnéque Raccordemen déclencheur Fg. 29 : encene de coupure d'un dsjonceur BT à conac roaf (Compac NS - Merln Gern). Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.26
Corne d'arc Conacs fugfs Conacs prncpaux à base d'argen Plage supéreure Chambre de coupure Arbre des pôles aconné par mécansme ype O - FO Plage nféreure Transformaeur de couran branché au déclencheur élecronque Cage polare en solan Fg. 30 : encene de coupure d'un dsjonceur BT de fore enue élecrodynamque (Maserpac - Merln Gern). Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.27
7 Concluson L avenr de l arc? Aujourd hu encore, l arc élecrque rese un moyen rès adapé à la coupure avec lmaon des courans en basse enson. De plus les dsjonceurs basse enson bénéfcen d mporanes améloraons lées aux évoluons des connassances, des maéraux e à l emplo de l élecronque. Auss, pendan de nombreuses décennes encore, la proecon des crcus élecrques nécessera des dsjonceurs avec la «maîrse de l arc». Bblographe Normes c CEI 60947-2 : Apparellage à basse enson - 2ème pare : dsjonceurs. c CEI 60050 : Index général du vocabulare élecroechnque. c NF C 63-120 : Apparellage à basse enson - 2ème pare : dsjonceurs. Cahers Technques Schneder Elecrc c Evoluon des dsjonceurs BT avec la norme CEI 947-2, Caher Technque n 150 - E. BLANC c Coupure en BT par lmaon du couran. Caher Technque n 163 - P. SCHUELLER c La sélecvé énergéque en BT. Caher Technque n 167 - R. MOREL - M. SERPINET Caher Technque Schneder Elecrc n 154 / p.28
Schneder Elecrc Drecon Scenfque e Technque, Servce Communcaon Technque F-38050 Grenoble cedex 9 Télécope : (33) 04 76 57 98 60 Réalsaon : HeadLnes Valence. Edon : Schneder Elecrc Impresson : Imprmere du Pon de Clax - Clax - 1000. - 100 FF- 2000 Schneder Elecrc 62651 06-2000