Qu'est ce qu'un disjoncteur ?

06/12/2013

Qu'est ce qu'un disjoncteur ?

Un disjoncteur est un organe électromécanique, voire électronique, de protection, dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramètres d'une ligne électrique. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable (il est prévu pour ne subir aucune avaries lors de son fonctionnement).

Cet article ne traite que des disjoncteurs basse-tension, les disjoncteurs haute-tension font l'objet d'un article spécifique : Disjoncteurs à haute-tension.

Différentes techniques utilisées par les disjoncteurs

Thermique

Le courant traverse le disjoncteur où des spires de fil chauffent par effet Joule un bilame, si l'échauffement devient suffisamment important, le bilame se déclenche interrompant ainsi le courant.

  • Ce système électromécanique est assez simple et robuste.
  • Par contre, il n'est pas très précis et son temps de réaction est relativement lent (c'est le but).

C'est l'une des fonctions classiquement remplie par un fusible gG (anciennement gl - usage général)

La protection thermique a pour principale fonction la protection des conducteurs contre les échauffements dus aux surcharges prolongées de l'installation.

 

Magnétique

Un bobinage détecte le champ électromagnétique généré par le courant traversant le disjoncteur, lorsqu'il détecte une pointe de courant supérieur à la consigne, l'interruption est "instantanée" dans le cas d'une bobine rapide ou "contrôlée" par un fluide dans la bobine qui permet des déclenchements retardés. Il est généralement associé à un interrupteur de très haute qualité qui autorise des milliers de manoeuvres.

  • Ce fonctionnement peut remplacer le fusible sur les court-circuits
  • Suivant le type de disjoncteur, la valeur d'intensité de consigne va de 3 à 15 fois l'intensité nominale (pour les modèles courants)
  • De nombreuses autres possibilités existent, déclenchement par bobine tension (consigne provenant de capteurs), interrupteur/disjoncteur pour montage face avant, compatible bi-tension 100/220 Volts, bobine sous voltage (disjoncteur maintenu à partir d'une consigne tension), déclenchement à distance, réarmement à distance.
  • Nombreuses courbes de déclenchement pour CC, CA 50/60 Hz et 400 Hz
  • Une option étanche est généralement disponible, soit version face avant étanche, soit entièrement IP67

C'est la fonction remplie par un fusible aM (protection des moteurs). La protection magnétique a pour principale fonction la protection des équipements contre les défauts (surcharge de l'équipement, court-circuit, panne, ...). Il est choisi par l'ingénieur qui a le souci de protéger son équipement avec très grande précision.

 

Différentiel


Un disjoncteur différentiel est un interrupteur différentiel réalisant également une protection en courant de court-circuit (surcharge).

Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparer les intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. Par exemple, en monophasé, il compare l'intensité circulant dans le conducteur de phase, et celle du conducteur de neutre. C'est un appareil de protection des personnes et de détection des courants de fuite à la terre de l'installation électrique.

Le dispositif différentiel est basé sur le principe suivant : dans une installation normale, le courant électrique qui arrive par un conducteur doit ressortir par un autre. Dans une installation monophasée, si le courant dans le conducteur de phase au départ d'un circuit électrique est différent de celui du conducteur neutre, c'est qu'il y a une fuite. La différence d'intensité du courant à laquelle réagit un disjoncteur est appelée la "sensibilité différentielle du disjoncteur" (obligatoirement 30 mA sur les circuits terminaux domestiques), notée IΔn ("i delta n").

Son fonctionnement est très simple : chaque conducteur passe dans un tore magnétique, formant ainsi des champs électromagnétiques de force identique et en opposition qui s'annulent. En cas de différence, d'où son nom de différentiel, le champ électromagnétique résultant actionne un dispositif qui coupe immédiatement le courant.

Il existe plusieurs classes de dispositifs différentiels :

 

  • Les dispositifs de classe "AC"
  • Les dispositifs de classe "A", sont prévus pour les circuits dédiés, cuisinières, plaques de cuisson à induction, lave-linge, dont le fonctionnement produit des courants résiduels comportant une composante continue. la sécurité des personnes reste assurée, le risque de déclenchement injustifié reste limité. Les dispositifs différentiels de classe AC ne se déclenchent parfois pas sur ce type de courant de défaut. Dans le tertiaire, ce type de dispositif (interrupteur différentiel ou disjoncteur différentiel) sont obligatoire sur les circuits ou les matériels de classe 1 qui sont susceptibles de produire le type de phénomène décrit ci-dessus.
  • Les dispositifs de classe "HI" (également appelés Hpi ou Si suivant les fabricants). Ce type de dispositif différentiel bénéficie d’une immunisation complémentaire contre les déclenchements intempestifs. Ils sont aussi recommandés pour les circuits nécessitant une continuité du service, tel que des congélateurs ou les circuits informatiques (généralement dans le tertiaire).

(norme NF C 15-100)

 

Magnéto-thermique


Principe

Deux des techniques précédemment décrites sont associées afin de veiller sur plusieurs paramètres:

  • 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).

 

Composants


Éclaté d'un disjoncteur
Éclaté d'un disjoncteur
  1. Manette servant à couper ou à réarmer le disjoncteur manuellement. Elle indique également l'état du disjoncteur (ouvert ou fermé). La plupart des disjoncteurs sont conçus pour pouvoir disjoncter même si la manette est maintenue manuellement en position fermée
  2. Mécanisme lié à la manette, sépare ou approche les contacts
  3. Contacts permettant au courant de passer lorsqu'ils se touchent
  4. Connecteurs
  5. Bilame
  6. Vis de calibration, permet au fabricant d'ajuster la consigne de courant avec précision après assemblage
  7. Solenoïde
  8. Réducteur d'arc.

 

Utilisation

Ces modèles sont destinés à remplacer les fusibles gG (notamment utilisés en domestique), en offrant l'avantage d'être réarmable (une manette à actionner, aucune cartouche à remplacer) et en cumulant dans un même boîtier une détection thermique contre les surcharges prolongées et magnétique contre les augmentations rapides de courant.

 

Constantes de temps

Certains disjoncteurs sont équipés de systèmes mécaniques, électriques ou électroniques, réglables en durée, en intensité ou en sensibilité, permettant d'interdire le fonctionnement de l'une des 3 fonctions ci-dessus (thermique, magnétique, différentielle) durant un certain laps de temps. Ce retard au déclenchement permet d'autoriser certains phénomènes transitoires négligeables du point de vue de la protection des personnes, des circuits et des équipements, mais qui pourraient autrement déclencher l'ouverture de la protection (mise sous tension de transformateurs ou d'alimentation à découpage par exemple). Ils peuvent également être réglés afin de laisser la possibilité à une autre protection située en aval de remplir son rôle, permettant ainsi la sélectivité des protections.

 

Pouvoir de coupure

Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur correspond à son aptitude à couper un circuit sans destruction et à coup sûr en présence d'un courant de court-circuit.

La coupure d'un circuit en charge implique la formation systématiquement d'un arc électrique entre les contacts. Cet arc permet au courant de continuer à circuler, il tend donc à s'opposer à la coupure. Plus le courant est important plus l'arc est puissant. En présence d'un fort courant, l'arc électrique qui se développe entre les contacts du disjoncteur soumet ces derniers à des forces électrodynamiques violentes, qui tendent à "lutter" contre l'ouverture. Si le mouvement n'est pas assez rapide et si la disparition de l'arc n'est pas assurée dans un temps suffisamment court, la fusion des contacts risque d'entraîner leur soudure, et donc d'empêcher l'ouverture définitive du disjoncteur. Le disjoncteur n'est alors pas capable d'assumer sa fonction.

Un disjoncteur doit donc être dimensionné pour pouvoir supporter le courant de court-circuit potentiellement présent à son point d'insertion dans un circuit, sous la tension potentiellement présente à ce même point d'insertion. L'intensité et la tension de ce courant dépend de plusieurs facteurs :

 

  • La capacité du circuit d'alimentation à fournir un courant maximal sous une certaine tension ;
  • La possibilité pour le circuit (fils, pistes) et l'appareillage alimenté, à générer un courant plus ou moins important ;
  • La faculté qu'a l'appareillage ainsi que le circuit l'alimentant à être le siège d'une tension plus ou moins importante (normale ou accidentelle).

Dans le cas contraire, il devra être lui-même protégé soit par un fusible, soit par un autre disjoncteur présentant un pouvoir de coupure suffisant.

 

Aptitude au sectionnement

Afin de réaliser la séparation physique des circuits, lors d'intervention ou de travaux sur le circuit concerné, le disjoncteur doit avoir une aptitude au sectionnement. Dans ce cas, il répondra à la norme NF C 61-410 ou au chapitre 437.2 de la norme NF C 15-100.

Un dispositif de condamnation (cadenas et étiquette de condamnation) permet alors le blocage des contacts en position ouverte afin de respecter les règles concernant l'habilitation électrique (UTE C 18-510, 520, 540).

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