Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable APPAREILLAGES ELECTRIQUES Energie et Environnement Cours T ale APPAREILLAGES ELECTRIQUES. Introduction Entre le réseau d alimentation électrique et les récepteurs, un certain nombre d appareillages interviennent. Appareillages de commande Un appareil de commande est un appareil mécanique de connexion, capable d établir, de supporter et d interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharges en service. Il permet la mise en ou hors tension d un circuit ou d un appareil. L interrupteur et le contacteur sont les appareils de base qui réalisent cette fonction. Il existe deux types de commandes : La commande manuelle (interrupteur). La commande automatique (contacteur). Appareillages de protection La fonction de protection permet d éviter les risques liés à l énergie électrique. On distingue : La protection des personnes : - par isolation des circuits électrique en vue de travaux ou d intervention (sectionneur). - par coupure automatique en cas de défaut d isolement d un récepteur (interrupteur différentiel). La protection des biens et des matériels par coupure automatique en cas de surintensités : - de type court-circuit (fusible). - de type surcharge (fusible ou relais thermique). - de type déséquilibre de phase (relais thermique). Remarque : Les disjoncteurs peuvent assurer l ensemble de ces protections. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles /3
. Les sectionneurs Rôle Le sectionneur est un appareil de protection des personnes qui ISOLE électriquement le circuit pour permettre des interventions en toute sécurité. La fonction sectionneur est obligatoire au départ de chaque équipement ou circuit d une installation. Symboles Unipolaire Unipolaire + Neutre Tripolaire N 3 5 4 6 Caractéristiques Les sectionneurs n'ont pas de pouvoir de coupure ou de fermeture. Le courant doit donc être nul à l ouverture et ne doit pas s établir à la fermeture. Différents types de sectionneurs Les sectionneurs comportent des fusibles de protection. Les triphasés ont des contacts auxiliaires (dit de pré-coupure) qui évitent l'ouverture en charge du sectionneur par coupure du circuit de commande des contacteurs, désactivant les récepteurs avant l ouverture du circuit de puissance. Sectionneur unipolaire + neutre Sectionneur tripolaire 3 A Sectionneur tripolaire 5 A Remarque : En enlevant les cartouches fusibles d'un sectionneur triphasé, on peut n alimenter que le circuit de commande d'un équipement; cela est très utile pour la maintenance. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles /3
3. Les fusibles Rôle Un fusible est un appareil de protection dont la fonction est d'ouvrir, par la fusion d'un ou de plusieurs de ses éléments conçus et calibrés à cet effet, le circuit dans lequel il est inséré et d'interrompre le courant lorsque celui-ci dépasse, pendant un temps suffisant une valeur précisée. Symbole Constitution Fil fusible en alliage métallique (Al, Cu, Zn, Ni, Ag) Tube isolant en céramique Matière inerte en poudre (silice ou magnésie) Différents types de fusibles Zones de contact Cartouche fusible cylindrique Cartouche fusible à couteaux 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 3/3
Caractéristiques physiques des fusibles 3.5.. Classes Il existe plusieurs types de cartouches dans le commerce dont les plus répandus sont : Classe gf : Cartouche à usage domestique assurant la protection contre les surcharges et les courts-circuits. (Écriture noire + bague de couleur : jaune = 0A, rouge = 6A, verte = 0A...) Classe gg : Cartouche à usage industriel permettant une protection contre tous les types de surintensités. (Écriture noire.) Classe am : Cartouche à usage industriel, pour l accompagnement moteur. Ces fusibles commencent à réagir à 4 In et ne protège donc que contre les courtscircuits, la protection contre les surcharges étant assurée par un relais thermique. (Écriture verte.) Remarque : Il existe aussi : Classe ur : (Ultra Rapide) Ce type de fusible est utilisé en électronique et électronique de puissance pour la protection des composants semi-con duct eurs. Ils protègent contre les courtscircuits. 3.5.. Intensité nominale In L'intensité nominale est l'intensité qui peut traverser indéfiniment un fusible sans provoquer ni échauffement anormal, ni fusion. C'est le calibre du fusible. 3.5.3. Pouvoir de coupure (PdC) Le pouvoir de coupure est le courant maximal qu'un fusible peut couper sans que la tension de rétablissement ne provoque un réamorçage de l'arc. Les fusibles possèdent des pouvoirs de coupure élevés (80 à 70 ka). 3.5.4. Courbe de fonctionnement d'un fusible On exprime le temps de fusion en fonction de l'intensité. Les courbes données page suivante donne ces temps pour les deux principales classes de fusible. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 4/3
Courbes de fusion des cartouches type gg Courbes de fusion des cartouches types am 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 5/3
4. Les relais thermiques Rôle Le relais thermique assure une protection des moteurs contre les surintensités de type surcharge ou déséquilibre de phase. Ces surintensités provoquent un échauffement du circuit électrique du moteur (bobinages) entraînant leur détérioration. Symbole Circuit de détection (puissance) : Contacts du circuit de commande : /L 3/L 5/L3 95 97 /T 4/T 6/T3 96 98 Constitution / Principe 4.3.. Circuit de détection Trois bilames métalliques constitués de deux lames à coefficient de dilatation différent sont placés en série avec chaque phase. Le passage du courant autour des bilames provoque leur échauffement et leur déformation. 4.3.. Circuit de commande Le relais thermique possède : Un contact à ouverture placé en série avec l alimentation du circuit de commande, permettent de couper l alimentation du contacteur (et donc celle du moteur). Un contact à fermeture permettant la signalisation du défaut. Déclenchement 4.4.. Classes de déclenchement Il existe trois classes de relais thermiques selon le temps de démarrage td des moteurs (pour éviter un déclenchement pendant la surintensité due au démarrage) : Classe 0A et 0 : déclenchement normal (td < 0s). Classe 0 : déclenchement faiblement temporisé (td < 0s). Classe 30 : déclenchement fortement temporisé (td < 30s). 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 6/3
4.4.. Courbes de déclenchement Cette courbe représente le temps de déclenchement en fonction des multiples du courant de réglage. : Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du courant (à froid). : Fonctionnement sur les phases, sans passage préalable du courant (à froid). 3 : Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du courant de réglage (à chaud). 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 7/3
5. Les interrupteurs Symboles Interrupteur unipolaire Interrupteur sectionneur bipolaire Interrupteur sectionneur tripolaire 3 3 5 4 4 6 Fonctions réalisées Les interrupteurs permettent d établir, de supporter et d interrompre des courants par une action manuelle volontaire. Ils possèdent deux positions de repos : ouvert ou fermé. Ils peuvent réaliser d autres fonctions : Interrupteur-sectionneur, avec coupure visible et verrouillage. Interrupteur-fusibles, avec porte-fusibles. Interrupteur télécommandé, avec commande électrique. Interrupteur différentiel, avec un relais type DDR. Différents types d interrupteurs On distingue les interrupteurs domestiques, surtout utilisés pour l éclairage, des interrupteurs industriels, souvent employés pour la commande de circuits de chauffage ou de force motrice. Interrupteur domestique Interrupteur sectionneur 0 A Interrupteur sectionneur porte fusible 5 A 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 8/3
6. Les contacteurs Symbole Contacteur tripolaire avec contacts auxiliaires : Circuit de puissance : Circuit de commande : Pôles Contacts auxiliaires Bobine /L 3/L 5/L3 3 A /T 4/T 6/T3 4 A Fonctions réalisées Le contacteur est un appareil de connexion à commande électrique, actionné à distance et automatiquement. Différents organes Pôles ou contacts principaux : Eléments qui assurent l établissement et la coupure de l alimentation du circuit. Electro-aimant : Organe qui active les contacts du contacteur. Contacts auxiliaires : Utilisés dans le circuit de commande, ils sont destinés à assurer l auto-alimentation, les verrouillages, la signalisation par voyants Les contacts auxiliaires sont à ouverture ou à fermeture. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 9/3
7. Les disjoncteurs La protection par disjoncteur des installations électriques a tendance à remplacer de plus en plus les fusibles. En effet, le disjoncteur peut également réaliser les fonctions de sectionnement, de baisse de tension, de télécommande et de signalisation. On le préfère aussi pour des raisons de maintenance et d'automatisation des installations. Règles pour la protection par disjoncteur 7... Les surcharges La protection contre les surcharges est assurée par la coupure du circuit qui doit intervenir avant un échauffement anormal de la canalisation. La détection est réalisée grâce à un relais thermique : 7... Les courts-circuits Le pouvoir de coupure du disjoncteur doit être supérieur au courant de court-circuit (PdC > Icc), comme pour les fusibles. La détection est réalisée grâce à un relais magnétique : Constitution des disjoncteurs 7... Définition Un disjoncteur (magnétothermique) est un appareil mécanique de connexion capable d'établir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit. Il peut aussi supporter pendant une durée spécifiée et interrompre des courants dans des conditions de surintensités. 7... Symbole Disjoncteur bipolaire Disjoncteur différentiel bipolaire Disjoncteur sectionneur tripolaire 4 4 4 6 3 3 3 5 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 0/3
7..3. Constitution générale C'est l'association d'un ensemble de contacts avec un grand pouvoir de coupure et d'un système de protection contre les surcharges et les courts-circuits. Principe de la détection des surcharges Disjoncteur unipolaire + neutre Principe de la détection des courts-circuits 7..4. Commande du circuit La coupure du circuit doit être exécutée même en cas de court-circuit. Le pouvoir de coupure du disjoncteur doit être supérieur au courant de court-circuit pouvant prendre naissance dans le circuit à protéger. Les disjoncteurs peuvent également effectuer toutes les manœuvres de commande d'ouverture et de fermeture des circuits. Remarque : Le disjoncteur peut-être muni de déclencheurs à courant résiduel de défaut ou de baisse de tension, ces systèmes pouvant être temporisés ou non. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles /3
Caractéristiques d'un disjoncteur 7.3.. Grandeurs physiques Courant assigné ou nominal (In): Le courant assigné ou nominal (In) est la valeur du courant que peut supporter indéfiniment un disjoncteur sans échauffement anormal. On l appelle aussi calibre du disjoncteur. Pouvoir de coupure (PdC): Le pouvoir de coupure est la plus grande intensité de courant de court-circuit qu un disjoncteur peut interrompre, sous une tension donnée (ex : 50 ka sous 400 V). 7.3.. Courbes de déclenchement C est l association de la courbe de déclenchement du relais thermique et de la courbe de déclenchement du relais magnétique. Plage de réglage thermique Déclencheur thermique Plage de réglage magnétique Déclen cheur magnétique 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles /3
7.3.3. Courbes de déclenchement normalisées Pour les disjoncteurs modulaires où les relais thermiques et magnétiques ne sont pas réglables, il existe différentes situations. Les principales sont : Courbe de type B : Elle assure la protection des personnes, des générateurs, des lignes de grande longueur, où il n y a pas de pointes de courant. La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est comprise entre 3, et 4,8 In. Courbe de type C : Elle assure la protection générale des circuits. La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est comprise entre 7 et 0 In. Courbe de type D : Elle assure la protection des circuits à fort courant d appel : transformateurs, moteurs. La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est comprise entre 0 et 4 In. Courbes de type Z : Elle assure la protection générale des circuits sensibles. La plage de fonctionnement du déclencheur magnétique (Im) est comprise entre,4 et 3,6 In. 0-Appareillages_electriques Lycée Jules Ferry Versailles 3/3