Les fonctions de l’appareillage électrique

L'appareillage électrique est nécessaire : on ne se permet généralement pas de laisser allumée en permanence une lampe de chevet, une ligne avariée doit être.séparée du réseau. Mais l'appareillage électrique n'est pas seulement une nécessité : il est une gêne; d'abord sur le plan financier de première installation : il coûte cher; ensuite sur le plan de l’exploitation du matériel de production, de transport, ou d’utilisation; il exige des mises hors service pour révision, ou même à cause d'incidents dont les conséquences sont en général graves.

D'une manière générale, l'appareillage est donc destiné à assurer la continuité ou la discontinuité des circuits électriques. De sorte qu'on pourrait dire qu'il est constitué essentiellement de l'appareillage d'interruption.

1.1.        Fonction de base assuré par l’appareillage électrique

le sectionnement	la commande	la protection électrique contre
à coupure pleinement apparente	fonctionnelle	les courants de surcharge
à coupure visible	à coupure d'urgence	les courants de court-circuit
	arrêt d'urgence	les défauts d'isolement
	coupure pour entretien mécanique

1.1.        Le sectionnement

Toute intervention sur un équipement électrique doit se faire hors tension. Le sectionnement consiste à isoler électriquement, suivant les critères de sécurité définis par des normes, une installation de son réseau d’alimentation.

Il peut être complété par une mesure supplémentaire de protection, la consignation. C’est un dispositif de cadenassage du sectionneur en position d’ouverture qui empèche toute remise sous tension intempestive de l’installation, assurant ainsi la sécurité des personnes et du matériel.

1.1.1.  Le sectionneur

But : isoler et séparer un circuit ou un appareil du reste de l'installation.

Le sectionneur est un appareil de connexion à commande manuelle et à deux positions stables (ouvert/fermé) qui assure la fonction de sectionnement. Il ne possède pas de pouvoir d'interruption du courant assigné ou du courant de fermeture sur court-circuit, ni de pouvoir de coupure.

Le sectionneur peut comporter un dispositif de protection (fusibles) contre les courts-circuits (DPCC), il peut aussi comporter un dispositif de protection (fusibles percuteur) contre la marche en nonophasé (DPMM)

Symbole :

1.1.1.  L’interrupteur et l’interrupteur sectionneur

L’interrupteur est un appareil mécanique de connexion capable d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans les conditions normales de fonctionnement du circuit, y compris les courants de surcharge en service, ainsi que de supporter pendant une durée spécifiée des courants dans des conditions anormales telles que le court-circuit.

L’interrupteur est un dispositif d’ouverture et de fermeture brusque des contacts indépendamment de la manœuvre de l’opérateur. Il est donc conçu pour être manœuvré en charge en toute sécurité.

Si l’interrupteur satisfait aux conditions d’isolement spécifié pour un sectionneur, c’est un interrupteur-sectionneur. Il peut être pourvus d’un dispositif de cadenassage pour la consignation et parfois de fusibles.

Lorsque l’interrupteur est associé à un relais différentiel, il assure la protection des personnes.

	Sectionneur	Interrupteur	Interrupteur Sectionneur
Manœuvre en charge	Non	Oui	Oui
Isolement en position « O »	Oui	Non	Oui

1.1.        La protection

La fonction de protection assure un double rôle :

-        protection des biens contre l’augmentation des courants due à des courts-circuits (augmentation très rapide, sans limitation des courants) ou à des surcharges (augmentation lente des courants)

-        protection des personnes( risques d’électrisation).

1.1.1.  Protections contre les courts circuits

Les dispositifs de protection contre les courts-circuits permettent de détecter et de couper le plus rapidement possible, des courants élevés susceptibles de détériorer l'installation (par des forces de Laplace trop élevées déformant les conducteurs, voire à des ruptures mécaniques très brutales types explosion, par des échauffements très intenses qui détériorent définitivement les isolants ou qui provoquent des incendies)

Définition du court-circuit :

Le court-circuit est une surintensité brutale produite par une chute d'impédance subite et imprévue, entre deux ou plusieurs points présentant une différence de potentiel normale.

Il est donc particulièrement important de détecter et de supprimer très rapidement ces courants de courcircuit. Pour y parvenir on utilisera :

-        soit des fusibles,

-        soit des relais magnétiques.

1.1.1.1.      Les fusibles

Ils se classent en deux catégories :

1.1.1.1.1.            Fusible distribution type gG

Il protège à la fois contre les courcircuits et contre les surcharges fortes et faibles les circuits ne présentant pas de pointes de courant importantes.

En général, leur calibre doit être immédiatement supérieur au courant de pleine charge du circuit protégé.

Les fusibles de type gG (groupement général) remplacent de plus en plus les fusibles du type gL (lumière),gI (industriel) et gF (force).

1.1.1.1.2.            Fusible accompagnement moteur type aM

Ce type de fusible protège contre les courts-circuits les circuits soumis à des pointes de courant élevées (démarrage moteur, etc.) leurs caractéristiques leur permettent de laisser passer les surintensiés mais les rendent complètement inapltes à la protection contre les surcharges faibles. Si cette protection est également nécessaire, elle doit être assurée par un autre dispositif (relais thermique par exemple).

En général, leur calibre doit être immédiatement supérieur au courant de pleine charge du circuit protégé.

Les fusibles sont caractérisé par :

-        intnesité et tension nominale (valeurs d’utilisation)

-        courant conventionnel de non fusion (I_nf) : valeur spécifiée de courant qui peut être supporté, pendant un temps déterminé (conventionnel) sans fondre,

-        courant de fusion (I_f) : valeur de courant qui provoque la fusion avant un temps spécifié,

-        zone de fonctionnement : définie par les normes, elle permet de déterminer la durée de fonctionnement du fusible en fonction du courant qui le traverse. Cette courbe est très importante pour déterminer la sélectivité des protection.

Exemple : un fusible de 32 A traversé par un courant de 1,3 I_n (soit 41,6 A) ne doit pas fondre avant 1 heure. Le courant conventionnel de fusion I_f est la valeur du courant qui provoque la fusion avant l'expiration du temps spécifié. un fusible de 32 A traversé par 1,6 I_n (soit 52,1 A) doit fondre avant 1 heure.

 Figure  zones de fusion et de non fusion pour fusible gG

-        courbe de limitation : le fusible doit limiter très rapidement l’augmentation du courant lors d’un court-circuit est liée à la nature de l’installation. On admet généralement que la valeur maximum du courant de court-circuit peut atteidre 2.5 I_eff.

Exemple : pour un court-circuit présumé de 10 kA, la valeur maximum du courant peut atteindre 25 kA. Un fusible gG de 100 A limitera ce court-circuit à 7.5 kA, ce qui correspond à 30% du courant maximum présumé, et à une limitation à 1.8% des efforts électrodynamiques maximum présumés.

-        contraintes thermiques : lors d’un cour-circuit, l’energie dégagée peut être considérable et entrainer la fusion de tout ou partie de l’installation. Il faut donc la limiter. Lorsqu’un fusible coupe un court-circuit, il s’agit en deux temps : le pré-arc et l’arc.

·        la contrainte thermique de pre-arc correspond à l’energie minimum nécessaire à la fision du fusible,

·        la contrainte thermique d’arc correspond à l’energie limité entre la fin du pré-arc et la coupre totale.

Ces contraintes thermiques sont données sous forme de courbes. L’utilisation de ces courbes est très important pour déterminer la sélectivité dans les protections.

Pour une bonne sélectivité, la contrainte thermique de pré-arcdu fusible amont doit être supérieur à la contrainte thermique totale du fusible aval.

1.1.1.1.      Les relais magnétiques :

Appelés aussi relais à maximum de courant. Le champ magnétique généré par le passage du courant dans une bobine attire un élément mobile qui vient commuter des contacts secs. Il faut donc que ce relais soit associer à un autre appareil (en général un contacteur, ou un disjoncteur) pour assurer l’ouverture du circuit sur défaut.

symbole;

Il faut particulièrement veiller au pouvoir de coupure de l’appareil associé pour pouvoir supprimer le courant de court-circuit présumé

1.1.1.  Protection contre les surcharges :

Les dispositifs de protection contre les surcharges permettent de détecter et de couper des courants de surcharges avant qu'ils n’entraînent la détérioration des isolants ou objets voisins.

La surcharge, due généralement au récepteur est une surintensité relativement modérée, se produisant dans un circuit électriquement sain (sauf, dans le cas de certains défauts d'isolement)

Contrairement à ce que l'on pourrait croire, la surcharge, surtout si elle est très lente, est un défaut très dangereux pour les installations.

Origine des surintensités de surcharge :

Parmi les incidents les plus fréquents à l'origine d'une surintensité de surcharge, on retrouve :

• généralement un incident mécanique ou une augmentation anormale du couple résistant de la machine entraînée, occasionnant :

- soit le calage du moteur,

- soit le ralentissement momentané ou prolongé.

• une surabondance de récepteurs alimentés par un même circuit.
• un défaut d'isolement n’entraînant, dans une boucle de défaut d'impédance non négligeable, que la circulation d'un courant de défaut de surcharge.

Au niveau d’une alimentation, la protection contre les surcharges est essentiellement assurée soit par des relais thermiques, soit par des relais à maximum de courant.

1.1.1.1.      Les relais thermiques à bilames

Ce sont les appareils les plus couramment employés pour la protection des moteurs contre les surcharges faibles et prolongées. Ils sont utilisables en courant alternatif et continu. Ils sont généralement :

-        tripolaires

-        compensés, c’est à dire insensible aux variation de la température ambiante

-        différentiels, c’est à dire sensibles à une perte de phase, donc évitent la marche en monophasé du moteur

-        à réarmement manuel ou automatique

-        gradués en « ampère moteur » : affichage direct sur le relais

Pendant la phase de démarrage, les relais thermiques doivent laisser passer la surcharge temporaire due à la pointe de courant et de déclancher uniquement si cette pointe est anormalement longue. Selon les applications ce temps de démarrage peut varier de quelques secondes à quelques dizaines de secondes. La norme définit donc trois classes de fonctionnement :

-        relais classe 10, temps de démarrage < à 10s

-        relais classe 20, temps de démarrage jusqu’à 20s

-        relais classe 20, temps de démarrage jusqu’à 30s

Symbole :

1.1.1.  Protection des personnes

Il s’agit de proterger les personnes contre les risques d’électrisation par contact direct (pièces nues sous tension) et par contact indirect (courant de défaut).

Le type de protection est directement lié à la nature de l’alimentation (régime du neutre).

De magnière générale, elle est assurée par un relais différentiel associer à un organe de coupure (disjoncteur).

Le relais différentiel sera choisi en fonction de sa sensibilité : I_Dn=0.01A, 0.03A, 0.1A, 0.3A, 1A, 3A, 10A, 30A

Symbole :

1.1.        La commande

1.1.1.  Le transformateur

L’utilisation d’un transformateur dans un circuit de commande à pour objet essentiel de protéger les utilisateurs contre les risques électriques en utilisant une tension de sécurité et/ou une séparation électrique avec le réseau.

1.1.1.1.      Transformateur de séparation :

Il est construit de manière à obtenir une séparation électrique sure entre les enroulements primaire et secondaire

Symbole :

1.1.1.1.      Transformateur de sécurité :

Destiné à alimenter un équipement avec une tension £50V (TBT)

Symbole :

1.1.1.1.      Détermination de la puissance :

Il faut déterminer d’abord la puissance d’appel des récepteurs utilisés. Cette puissance d’appel est obtenu selon la relation :

P_appel = 0.8 (SP_m+SP_v+P_a)

SP_m : somme des Puissances de maintien

SP_v : somme des Puissances des voyants

P_a : Puissance d’appel du plus gros contacteur