COURS : La protection des matriels CI : Protection des personnes et des matriels

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LA PROTECTION DES MATRIELS OBJ

ECT

IFS

DU

CO

URS

Connatre le principe de fonctionnement des dispositifs de protection des matriels (relais

thermique, fusible, disjoncteur magntothermique). Savoir dcoder un document constructeur afin de relever les principales caractristiques

d'un dispositif de protection des matriels. Connatre l'objectif de la slectivit des protections.

1. Nature des perturbations Tout phnomne qui engendre une modification , plus ou moins grande, des valeurs nominales des

grandeurs : tension, courant, est une perturbation. Ces perturbations sont de trois types :

les surintensits : - les surcharges,

- les courts circuits,

les surtensions,

les baisses et manques de tension.

Nature des perturbations Causes Effets Moyens de protections

Les surintensits Les surcharges

Temporaires

Prolonges

Les courts circuits

- Dmarrage ou freinage dun

moteur.

- Rupture dune phase

dalimentation dun moteur.

- Moteur en dpassement de

charge.

- Fonctionnement abusif et

simultan de plusieurs

appareils lectriques.

- Coupure et mise en contact

de cbles dalimentation.

- Peu de risques.

- Echauffement lent et

progressif :

vieillissement des

isolants,

destruction des isolants,

incendies.

- Destruction des cbles, voire

du matriel.

- Incendies.

- Risque daccident corporel

par brlure.

- Pas de coupure envisage.

- Coupure retarde mais

devenant rapide si lamplitude

de la surcharge est importante.

- Appareils de protection :

disjoncteur avec

dclencheur thermique,

relais thermique.

- Coupure instantane.

- Appareils de protection :

disjoncteur avec

dclencheur magntique,

relais magntique,

fusible.

- Augmentation brutale de la

tension due :

- Destruction des isolants. - Coupure instantane.

- Appareils de protection :

I

t

In

IT

I

t

In

IP

I

t

In

Icc

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Les surtensions

des contacts

accidentels avec la H.T,

des conditions

atmosphriques : coup de

foudre.

relais de surtension,

parafoudre.

Les baisses et manques de tension

- Chute de tension trop

importante due un

dsquilibre du rseau.

- Mauvais fonctionnement des

rcepteurs (moteurs, matriels

informatiques, ).

- Coupure instantane.

- Appareils de protection :

relais minimum de

tension.

Remarques :

Les surcharges : courant de 10 In pendant un temps assez long.

Les courts circuits : courant de 100 In pendant un temps trs court.

2. La protection contre les surcharges : le relais thermique 2.1. Symbole

Schma de

commande

Schma de puissance

2.2. Constitution

2.3. Principe de fonctionnement Il est constitu dun bilame mtallique compos de deux lames coefficient de temprature diffrent.

Le passage du courant, sil est suprieur la valeur de rglage du relais, provoque lchauffement et la

dformation du bilame. Un contact lectrique (contact NF) associ ce bilame, dclenche le circuit de

commande.

Le relais thermique est gnralement :

diffrentiel,

et / ou

compens.

Principe du dispositif diffrentiel

En cas de coupure de phase ou de dsquilibre sur les trois phases dalimentation dun

moteur, le dispositif dit diffrentiel agit sur le systme de dclenchement du relais thermique.

Arriv du courant

Systme de dclenchement

Rglage du calibre de dclenchement

Dpart courant

Elment bimtallique

Contact auxiliaire

Bouton de rarmement

7 6

1 3 5

2 4 6

F 97

98

95

96

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Principe de la compensation en temprature

Afin dviter un dclenchement intempestif d aux variations de la temprature ambiante, un

bilame de compensation est mont sur le systme principal du dclenchement. Ce bilame de compensation se

dforme dans le sens oppos celui des bilames principaux.

2.4. Montages du relais thermique En rseau triphas En rseau monophas

2.5. Classes de dclenchement Il existe quatre classes de relais thermique : - 10 A,

- 10,

- 20,

- 30.

Ces classes sont fonctions du temps de dclenchement partir de ltat froid (pas de passage

pralable de courant).

Tableau des classes de dclenchement

2.6. Exemple de dclenchement en fonction du courant et du temps de surcharge Le relais thermique possde une certaine plage de rglage de son intensit de dclenchement Ir.

On rgle toujours le relais la valeur nominale du courant absorb par le rcepteur quil protge Ir =

1 3 5

2 4 6

F

L1 L2 L3

1 3 5

2 4 6

F

N L

Ir : courant de rglage du relais

thermique.

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In.

Courbes de dclenchement dun relais thermique Classe 10 A

Exercice :

Un rcepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 20 A. Une surcharge apparat. On mesure un

courant de surcharge de 40 A.

1er

cas : pour une dure de surcharge de 20 s, est-ce que le relais thermique dclenche ?

Rponse :

On a : Ir = In = 20 A

et

de plus, la dure de surcharge est de 20 s

Conclusion : (daprs la courbe) le relais thermique ne dclenche pas.

2me

cas : pour une dure de surcharge de 4 min, est-ce que le relais thermique dclenche ?

Rponse :

On a : Ir = In = 20 A

et

de plus, la dure de surcharge est de 4 min

220

40

Ir

Isur==

220

40

Ir

Isur==

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Conclusion : (daprs la courbe) le relais thermique dclenche. Il dclenche au bout de :

- 30 s chaud,

- 33 s sur 2 phases,

- 1 min froid.

2.7. Choix dun relais thermique Document constructeur de chez TELEMECANIQUE

Exercice :

Un rcepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 27 A. Donnez la rfrence du relais thermique

choisi.

Rponse :

On a : In = 27 A, alors Ref : LR2 D23 53.

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3. La protection contre les courts circuits : le fusible 3.1. Symbole

3.2. Constitution

Tube

Capsule de contact

Disque de centrage de la lame fusible

Plaquette de soudure (elle lie la capsule

et la lame fusible )

Lame fusible Sable (silice)

3.3. Principe de fonctionnement Le fusible est constitu dune lame fusible dans une enveloppe ferme. Cette lame fusible fond si le

courant qui la traverse dpasse la valeur assigne.

Lenveloppe quant elle, contient du sable (silice) afin de permettre une coupure franche en vitant

ainsi le maintient du passage de courant travers larc lectrique.

3.4. Prsentation du fusible Il existe deux types de cartouche fusible :

- cartouche cylindrique,

- cartouche couteaux.

3.4.1. Cartouche cylindrique

Ils sont utiliss dans le domaine domestique ou le domaine industriel (selon leur taille).

F

Type (classe) de la cartouche fusible Intensit nominale ou assigne

Tension nominale ou assigne

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3.4.2. Cartouche couteaux

On utilise ces cartouches dans le milieu industriel.

Remarque : il existe des cartouches fusibles percuteur afin davoir une information visuelle de ltat de

fusion de la cartouche fusible.

3.5. Classification des cartouches fusibles Suivant leur utilisation, trois classes de fusibles peuvent semployer :

- les cartouches fusibles trs rapides,

- les cartouches fusibles standards,

- les cartouches fusibles lents.

Type Courbe de fusion Utilisation

Trs rapide

(prosistor)

Utilis pour les protections des

semi-conducteurs.

Standard

Type gG

(criture en noire)

Utilisation gnrale.

Lent

Type aM

(criture en verte)

Utilis pour les forts courants

transitoires :

- dmarrage des moteurs,

- primaire des transformateurs.

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3.6. Caractristique temps-courant 3.6.1. Courbe temps-courant

avec : Inf : intensit de non fusion,

If : intensit de fusion.

3.6.2. Exemple de caractristiques des cartouches fusibles de type gG

Inf If

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3.7. Courbes de fusion 3.7.1. Cartouche cylindrique de type gG

Remarque : un fusible de calibre 10 A commence fondre partir de 18 A au bout de 10 000 s.

3.7.2. Cartouche cylindrique de type aM

Remarque : un fusible de calibre 10 A commence fondre partir de 480 A au bout de 60 s.

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3.8. Contrainte thermique Elle reprsente la limite de lnergie supporter par la cartouche fusible sans dtrioration. Elle

sexprime en As et se note It.

4. La protection contre les surcharges et les courts circuits : le disjoncteur magnto-thermique 4.1. Symbole

4.2. Fonctions principales Il a deux fonctions principales :

- couper et sectionner : rle des ples principaux,

- protger contre les surcharges et les courts circuits : rle du dispositif thermique et du

dispositif magntique.

4.3. Courbe de dclenchement typique dun disjoncteur magnto-thermique

Zone de dclenchement du

dispositif thermique

Zone de dclenchement du

dispositif magntique

PdC (Pouvoir de Coupure) :

valeur maximale du courant de

court circuit.

Q

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Remarque : on rgle le courant Ir la valeur du courant nominal absorb par le rcepteur ou linstallation.

4.4. Les diffrentes courbes de dclenchement

4.5. Elments de choix dun disjoncteur Il seffectue selon :

- la tension demploi : Ue,

- le courant nominal : In,

- le pouvoir de coupure : courant de court circuit maximal quil peut couper,

- le nombre de ples protgs : 1,2,3 ou 4,

- le type de rcepteur protger : voir tableau ci-dessus.

5. La slectivit des protections Une bonne coordination des protections dune alimentation lectrique doit entraner le dclenchement

de lappareil de protection situ immdiatement en amont du dfaut et de lui seul.

Cette capacit du rseau rendre la surface perturbe la plus petite possible, donc assurer une bonne

continuit de service, est caractrise par ce que lon appelle : la slectivit.

La slectivit peut tre :

- totale,

- partielle.

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Slectivit entre deux disjoncteurs

Slectivit entre deux disjoncteurs diffrentiels dans une installation domestique

De ce fait, le diffrentiel retard encore dsign par un disjoncteur de branchement diffrentiel

slectif, doit tre plac en tte dune installation o tous les dparts divisionnaires (cest--dire les circuits

alimentant les appareils terminaux) sont protgs par des diffrentiels instantans de faon assurer une

bonne slectivit des protections.

A

B

Rcepteur

Rcepteur

Rcepteur

Rcepteur

Icc

Si seul B souvre, quelle que soit la

valeur du courant Icc, cest la slectivit

totale.

Si B souvre jusqu un courant

prsum de court circuit Icc < Icc et

ensuite si A souvre, donc A et B sont

ouverts. Cest la slectivit partielle.

B

Rcepteur

Rcepteur

Rcepteur

Rcepteur

A

500 mA

30 mA

Remarque :

Les disjoncteurs conus pour

assurer la protection des personnes contre

les contacts indirects sont quips de

dclencheur instantan avec des temps de

dclenchement constant (30 ms) ds que

le courant de dfaut est situ dans leur

plage de dclenchement.

Si Id est compris entre 30 et 100 mA,

seul B souvre.

Si Id > 500 mA, A et B souvrent en

mme temps. Il ny a donc pas une bonne

slectivit.

La solution consiste donc utiliser un

diffrentiel retard (slectif) pour A.

Id