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 Solution technique - Janvier-Février 2013

Différentiels et disjoncteurs : savoir choisir le composant adapté

 


Au-delà des intensités et de la tension nominales, les disjoncteurs possèdent des caractéristiques spécifiques de déclenchement. Il en va de même pour les différentiels. Retour sur quelques notions, grâce auxquelles les composants seront choisis en parfaite adéquation avec les charges électriques et la stratégie de distribution basse tension.

 

Dans le domaine de la basse tension, le disjoncteur joue un rôle de protection et de coupure. Les personnes et les biens sont ainsi protégés contre les risques électriques. Cette protection va même plus loin puisque l’on peut considérer que les disjoncteurs, dans le cadre d’un schéma d’installation précis, sont à même d’assurer un haut niveau de service. En d’autres termes, ils permettent d’éviter les déclenchements intempestifs, car trop sensibles à l’exploitation des charges disposées en aval. Mais pour cela, encore faut-il que les disjoncteurs soient correctement dimensionnés et choisis.
La nature de la charge alimentée par le circuit invite à choisir un type d’interrupteur différentiel ou de disjoncteur différentiel. Cette charge influence également le choix de la courbe de déclenchement. Les disjoncteurs sont, quant à eux caractérisés, entre autres, par une courbe de déclenchement normalisée.

 

Les types de différentiels
Selon la norme NF C 15-100, tous les circuits d’une installation doivent être protégés par des différentiels 30 mA.
L’utilisation du différentiel de type A est obligatoire pour les circuits spécialisés, cuisinières, plaques de cuisson ou lave-linge, car ces équipements intègrent des composants électroniques pour la variation de vitesse ou l’induction susceptibles de créer des défauts de type « composante continue et alternative ». Le disjoncteur de type A est capable de les détecter.

Le type AC détecte seulement les défauts à composante alternative.
Pour les congélateurs et les équipements informatiques, il est conseiller de réaliser un circuit électrique dédié, protégé par un interrupteur associé à un coupe-circuit ou à un disjoncteur différentiel type Hpi (appelé aussi type SI ou type HI). Ce dernier est capable de détecter les défauts de type « composante continue et alternative » avec en plus une immunité renforcée aux déclenchements intempestifs : environnements perturbés, charges informatiques, chocs de foudre, lampes fluocompactes…).

Le type B déclenche les défauts à composante alternative et continue ainsi que les défauts à courant continu lisse (machinerie à variation de vitesse, installations photovoltaïques, centre d’appel, matériel médical…).

Approche schématisée de courbes de déclenchement d’un disjoncteur magnétothermique.

 

Le disjoncteur et ses courbes de déclenchement
La protection contre les surcharges est assurée par un élément thermo-sensible : le bilame. En cas de surcharge, sa déformation provoque le déclenchement du disjoncteur. La protection contre les courts-circuits est assurée par un circuit magnétique. Lors d’un court-circuit, le courant traversant le solénoïde crée un champ magnétique et induit l’ouverture du contact. Enfin, la protection contre les défauts de mode commun est assurée par un dispositif différentiel résiduel (DDR). L’existence du courant de fuite résultant d’un défaut de mode commun est détectée par un système magnétique.


Il existe cinq courbes de déclenchement caractéristiques définies par la norme :

  • La courbe B (le déclenchement s’opère entre 3,2 à 4,8 fois l’intensité nominale In). Cette courbe convient à la protection des générateurs, des câbles de grande longueur et des personnes dans les régimes IT et TN ;
  • La courbe C (déclenchement : de 7 à 10 In) est la plus couramment utilisée. Elle convient aux applications domestiques ;
  • La courbe D ou K (déclenchement : de 10 à 14 In) assure la protection des circuits à fort appel de courant (par exemple lors du démarrage d’un moteur de groupe thermodynamique) ;
  • La courbe Z (déclenchement : de 2,4 à 3,6 In) convient à la protection des circuits électroniques ;
  • La courbe MA(déclenchement à 12 In) gère spécifiquement la protection des départs moteurs.

     

Sélectivité : isoler le défaut
Grâce à une sélectivité efficace, la majeure partie de l’installation électrique reste en exploitation lors de l’apparition d’un défaut. En d’autres termes, la sélectivité représente la coordination des disjoncteurs, de telle sorte qu’un défaut, survenant en un point quelconque de l’installation, soit éliminé par le disjoncteur placé immédiatement en amont du défaut et par lui seul. Pour arriver à ce résultat, plusieurs techniques peuvent être combinées entre elles afin d’assurer la performance globale de l’ensemble de installation. En basse tension, deux types de sélectivité sont essentiellement utilisés : la sélectivité ampèremétrique et la sélectivité chronométrique.

Sur les disjoncteurs de puissance, les paramètres de déclenchement peuvent être réglables.

 

  • Sélectivité chronométrique – Elle consiste, à maximum de courant, à donner des temporisations différentes aux protections échelonnées le long du réseau (avec disjoncteurs de catégorie A). Ces temporisations sont d’autant plus longues que le relais est plus proche de la source. Le défaut représenté est vu par toutes les protections. La protection temporisée la plus en aval ferme ses contacts plus rapidement que celle installée juste en amont, elle-même plus rapide que celle installée au rang supérieur… et ainsi de suite ;
  • Sélectivité ampèremétrique – Elle est basée sur le fait que dans un réseau, le courant de défaut est d’autant plus faible que le défaut est plus éloigné de la source. Une protection ampèremétrique (avec disjoncteurs de catégorie A) est disposée au départ de chaque tronçon : son seuil est réglé à une valeur inférieure à la valeur de court-circuit minimal provoqué par un défaut sur la section surveillée, et supérieure à la valeur maximale du courant provoqué par un défaut situé en aval (au-delà de la zone surveillée) ;
  • Sélectivité logique – Ce système a été développé pour remédier aux inconvénients de la sélectivité chronométrique. Il est utilisé lorsque l’on souhaite obtenir un temps court d’élimination de défaut. L’échange d’informations logiques entre protections successives permet la suppression des intervalles de sélectivité, et donc de réduire considérablement le retard de déclenchement des disjoncteurs situés les plus près de la source ;
  • Sélectivité par protection directionnelle – Dans un réseau bouclé, où un défaut est alimenté par les 2 extrémités, il faut utiliser une protection sensible au sens d’écoulement du courant de défaut pour pouvoir le localiser et l’éliminer de façon sélective : c’est le rôle des protections directionnelles à maximum de courant. Les actions de la protection seront différentes selon le sens du courant. Le relais doit donc disposer à la fois des informations de courant et de tension ;
  • Sélectivité par protection différentielle – Ces protections comparent les courants aux 2 extrémités du tronçon de réseau surveillé. Toute différence d’amplitude et de phase entre ces courants signale la présence d’un défaut : la protection ne réagit qu’aux défauts internes à la zone couverte et est insensible à tout défaut externe ;
  • Sélectivités combinées – Une sélectivité mixte est une combinaison de fonctions élémentaires de sélectivité procurant des avantages complémentaires aux sélectivités simples.

Michel Laurent

 

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