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Les surintensités et leurs protections I° - Les surintensités. On appelle ‘Sur

Les surintensités et leurs protections I° - Les surintensités. On appelle ‘Surintensités’ tout courant supérieur à la valeur assignée (valeur nominale ou normale d’emploi) . Les surintensités sont engendrées par deux causes essentielles,dues un mauvais fonctionnement du circuit électrique, ces deux causes sont: - Le court-circuit ( courant très important quelques dizaines ou centaines de fois l’intensité nominale) - Les surcharges ( courant légérement supérieur à l’intensité nominale < 10 fois ) Les surintensités sont donc succeptibles de causer aux circuits électriques des dommages qui peuvent aller jusqu'à la destruction complète de l'installation. II° - Les effets des surintensités. Les surintensités produisent des effets différents selon la nature du défaut qui les engendre. Cependant dans les deux types de surintensités il y a des problèmes d'échauffement (effet Joule W = R . I2 . t , avec R :résistance de l’appareillage et des conducteurs et « I » intensité efficace ). 2.1° Effets provoqués par les surcharges. Les surcharges entrainent à la longue une détérioration des isolants des conducteurs, lesquels,surchauffés,évacuent leurs calories vers l'extérieur à travers la gaine isolante faite très souvent de matière thermoplastique,donc sensible à la chaleur. Ces échauffements lors des surcharges, en l'absence d'appareils de protection, accélèrent le veillissement des isolants et diminuent leurs propriétés diélectriques (isolantes ). Dans ce cas là ,il n’y a aucun changement physique (pas de fusion) de l’état du cuivre ou de l’aluminium conducteur ,seul l’isolant est affecté! 2.2° Effets provoqués par les courts-circuits.  Effet thermique: Les courts-circuits ont des effets très violents dans un laps de temps très court et sont, en principe,plus facilement maitrisés que les surcharges. Cependant,en l'absence d'appareils de protection ou en cas de mauvais fonctionnement de celui-ci, les courts-circuits sont succeptibles de provoquer au niveau de l'installation un tel dégagement d'énergie calorifique que celui-ci provoquerait la fusion des conducteurs et de l'appareillage (risque d’incendie).  Efforts électrodynamique. Ces efforts dus à des causes électromagnétiques se transforment contraintes mécaniques sur les canalisations ,notamment sur celles qui sont proches des sources(transformateurs) dans les tableaux de départ. On exprime la force par (loi de Laplace): i1 i2 F1 F2 L d court-circuit barre d'attache 1 Les surintensités et leurs protections Ces efforts peuvent donc;rapprocher ou éloigner les conducteurs selon que les courants qui les traversent sont de même sens ou de sens opposé. Si l'intensité est vraiment très élevée ont peut aller jusqu'à l'arrachement des conducteurs. III°- Principe de protection. Notion de contrainte thermique. La protection de l'installation sera considérée comme efficace, si quelque soit le défaut on n'atteint pas l'énergie de détérioration qui est liée à la contrainte thermique. - Contrainte thermique: On appelle contrainte thermique le produit "I2.t" .C'est pour cela qu'il est important de contrôler la valeur de l'intensité,mais aussi son temps de passage. La contrainte thermique est l’image de l’échauffement provoqué par le passage de l’intensité efficace pendant un temps « t » Exemple: limites de contraintes thermiques d'un câble. Chaque câble électrique est caractérisé par sa contrainte thermique maximale qu'il peut accepter sans que le veillissement des isolants s'accélère (donc avant le temps « t1 » sur la courbe ci-dessous figure 1). zone ou le veillissem ent de l'isolant du câb le s'accélère courb e à tem ps inverse caractérisant la contrainte d'un câble (i ².t) du câb le Id t1 t I A llure de la courb e caractérisant la contrainte therm ique IV°- Définition de la protection. Pour information: La courbe définissant la contrainte thermique du câble répond à l'expression suivante: I2 x t = k x S S : section en mm² du câble k : coefficient de l'isolant 115 pour PVC + cuivre 135 pour PRC + cuivre I : courant efficace en Ampères 2 Fig .1 Les surintensités et leurs protections Les dispositifs de protections seront caractérisés par le fait; qu’il doivent contrôler la valeur de la surintensité mais aussi son temps de passage ,c’est à dire qu'il devront interrompre l'énergie de défaut avant que la contrainte thermique maximale des conducteurs et de l’appareillage de l'installation soit atteinte.( figure 2) Pour ce faire,ces dispositifs comprendront nécéssairement un capteur d'intensité et selon la fonction de l'appareil, ils informeront (relais de protection) ou mettront hors énergie la partie en défaut (contacts d’un disjoncteurs , fusibles etc...) En observant la figure 2 , on en déduit la règle suivante pour le choix du fusible de protection :  Fusible F1: la contrainte thermique de F1 « I² .t (F1) » est inférieure au « I² .t (câble) » dans toute la plage  bonne protection.  Fusible F2: la contrainte thermique de F2 « I² .t (F2) » est supérieure au « I² .t (câble) » dans certaines parties de la plage mauvaise protection. Règle : Pour une bonne protection  I² .t (protection) < I² .t (appareillage + conducteur etc...) V°- Coordination des protections. C'est l'association entre dispositifs de protection ,pour protéger l'installation à la fois contre les courts- circuits et à la fois contre les surcharges. 5.1° Premier Exemple Association relais thermique/fusibles ,protection classique d'une installation de force motrice. t I 2 F 1 F 2 protection du câble m auvaise adaptation protection du câble I t m ax du câble bonne adaptation de la protection F1 à la de la protection F2 à la 3 Fig .2 Les surintensités et leurs protections zone ou le veillissement du câble s'accélère t Relais thermique Fusible aM PdC du fusible point de coordination Ir du relais thermique 1 2 Remarques: le point de coordination entre les deux protections est aussi le pouvoir de coupure que doit avoir le contacteur permettant de couper la surcharge Zone 1 : courants de surcharges. Zone 2 : courants de courts-circuits. Notion de pouvoir de coupure. Le pouvoir de coupure d'un contact ou fusible (P.d.C) est la capacité de celui-ci à interrompre un courant électrique sans détérioration. (En effet lors de l'ouverture d'un contact électrique il se produit un arc électrique, le P.d.C de se contact garanti la possibilité d'extinction de cet arc, si la surintensité est supérieure au P.d.C du contact que doit interrompre celui-ci, l'arc électrique ne s'éteindra pas et il y aura destruction de ce contact par soudage et donc non interruption de la surintensité) 5.2° Deuxième exemple: Protection par un disjoncteur « magnétothermique » Association dans le même appareil la fonction « Magnétique » protection court-circuit. et la fonction « Thermique » protection pour les surcharges Symbôle normalisé d’un disjoncteur magnétothermique triphasé. 4 Les surintensités et leurs protections (Vous remarquerez que la fonction « détection du défaut et la fonction ouverture du circuit sont solidaire et tout deux placés au niveau du circuit de puissance! ) TABLEAU RECAPITULATIF LIE AUX PROBLEMES DE LA PROTECTION. PERTURBATIONS CAUSES EFFETS PROTECTIONS ASSOCIÉES SURCHARGES (d’originemécanique) - Calage du rotor - Couple plus important à fournir à la charge - Accroissement du courant - échauffement anormal des bobinages moteur et de la ligne d’alimentation - Contacteur avec relais thermique. - Disjoncteur (élément thermique) SURCHARGES (d’origine électrique) - Surtension - manque de phase -déséquilibre de phase - multiplication de récepteurs sur un départ non adapté - Veillissement prématuré des isolants NB: ( caractéristique de fonctionnement à temps inverse: plus le courant augmente plus le temps de coupure diminue) - Fusible de type gI (gG) COURT-CIRCUIT - contact entre phases (ou phase/neutre) (peut-être dû à un défaut d’isolement) - Arc électrique - échauffement important qui peut provoquer la fusion des conducteurs. - Création d’efforts électrodynamiques - Relais magnétique - Fusible aM - Fusible de type gI (gG) - disjoncteur (élément magnétique) NB: Il faut :  pouvoir de coupure > Icc  temps de coupure < contrainte I/In 0.001 0.002 0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 0.5 1 2 3 4 5 7 10 20 30 50 70 100 200 1h COURBE DE DECLENCHEM ENT DU DISJONCTEUR M AGNETOTHERM IQ UE zo n e d e p ro tectio n m agn étiq u e:co u rt-circu it zo n e d e p ro tectio n th erm iq u e(su rch arge) 5 élément de détection thermique élément de détection magnétique Pôles de puissance (haut pouvoir de coupure) Les surintensités et leurs protections thermique de l’appareillage et conducteurs 6 uploads/Voyage/ les-surintensites-synthese.pdf