Qu'est-ce qu'un disjoncteur ?

Un disjoncteur interrompt automatiquement le flux de courant dans un circuit électrique en cas de surintensité ou de court-circuit. Il prévient les incendies électriques et les dommages aux équipements électriques. On les trouve dans les habitations, les bâtiments commerciaux et les installations industrielles. Ils existent en différentes tailles et différents types pour répondre aux besoins spécifiques des différents systèmes électriques. Cet article traite de la construction, du fonctionnement et des types de disjoncteurs.

Table des matières

• Que fait un disjoncteur ?
• Comment fonctionne un disjoncteur ?
• Commutation des disjoncteurs
• Types de disjoncteurs
• FAQ

Que fait un disjoncteur ?

Le tableau de service électrique, ou tableau des disjoncteurs, d'un bâtiment contient une série de disjoncteurs à levier. La taille d'un disjoncteur est déterminée par l'ampérage pour lequel il est conçu. Lorsque cette limite d'ampérage est dépassée, le disjoncteur se déclenche afin d'assurer une protection contre les incendies et les risques électriques. La figure 1 montre un disjoncteur qui se met en marche après s'être déclenché en raison d'une surcharge.

Les causes les plus fréquentes de déclenchement des disjoncteurs sont les suivantes :

• Surcharge : Ce phénomène se produit lorsqu'une trop grande quantité de courant est tirée d'un circuit, par exemple lorsque plusieurs appareils de grande puissance sont utilisés simultanément.
• Court-circuit : Un court-circuit se produit lorsqu'il y a un problème avec le câblage d'un appareil, ce qui entraîne un flux de courant excessif.
• Défauts de mise à la terre : Les failles de terre se produisent dans les zones à forte humidité, telles que les cuisines et les salles de bains. Les disjoncteurs de fuite à la terre (DDFT) sont désormais exigés par le code de l'électricité pour des raisons de sécurité.

Comment fonctionne un disjoncteur ?

La figure 3 montre un schéma de la manière dont un disjoncteur relie le fil sous tension entrant (F) à la ligne de courant allant à l'appareil (A).

• Un disjoncteur est constitué de deux contacts : l'un est fixe (B), l'autre est mobile (C).
• Les contacts sont placés dans une chambre fermée contenant un fluide qui éteint l'arc formé (voir section suivante) entre les contacts.
• Les contacts restent connectés dans des conditions normales de fonctionnement et ne s'ouvrent pas automatiquement, sauf en cas de défaut ou de surcharge de courant dans la ligne.
• Lorsque la ligne subit une surintensité, le relais envoie un signal qui met sous tension les bobines de déclenchement enroulées autour d'un électro-aimant (E).
• La bobine de déclenchement est calibrée pour s'activer lorsque le courant qui la traverse dépasse le courant de déclenchement réglé. La force qui en résulte écarte les contacts, ce qui crée une interruption de la connexion entre le fil sous tension et l'appareil. Ce processus mécanique fonctionne comme un cliquet, maintenant la séparation jusqu'à ce qu'elle soit réinitialisée manuellement. Les contacts peuvent être réinitialisés soit directement, soit par l'intermédiaire d'une télécommande.
• Un ressort métallique déformé (D) stocke l'énergie potentielle dans le disjoncteur. Lorsque la bobine de déclenchement est activée, l'énergie potentielle est libérée, ce qui fait glisser le contact mobile à une certaine vitesse. L'air comprimé ou la pression hydraulique peuvent également être utilisés à la place du ressort.

Arc électrique dans un disjoncteur

Un arc électrique se forme (figure 4) lorsque les électrons sautent à travers l'espace étroit entre les contacts au moment où ils se séparent. Cela permet d'ioniser le milieu, de réduire sa résistance et, finalement, de faire circuler des courants soutenus. Le phénomène est particulièrement important avec des courants élevés, et les disjoncteurs conçus pour une utilisation industrielle lourde sont appelés contacteurs et sont conçus pour se séparer très rapidement afin d'interrompre l'arc. Un arc électrique est dangereux car il retarde la coupure du circuit et génère une forte chaleur qui peut causer des dommages.

Par conséquent, le principal problème d'un disjoncteur est d'éteindre l'arc dans le temps le plus court possible en adoptant des méthodes appropriées.

Commutation des disjoncteurs

La figure 5 montre le fonctionnement d'un disjoncteur (B) dans un circuit électrique. Les deux éléments essentiels du circuit sont un transformateur de courant (C) et une bobine de relais (J).

• Transformateur de courant : Un transformateur de courant est un transformateur d'instrument qui réduit les courants alternatifs élevés dans l'enroulement primaire à une faible valeur dans l'enroulement secondaire. L'objectif de cette réduction est de rendre le courant plus facile à mesurer et à gérer, en particulier lorsque l'on travaille avec des systèmes électriques de grande puissance. Les enroulements primaires du transformateur de courant sont connectés à la ligne à protéger, et l'enroulement secondaire est connecté à la bobine du relais.
• Bobine de relais : Un relais est un interrupteur électrique qui ouvre ou ferme un circuit en réponse à un signal d'entrée électrique. Il se compose d'un électro-aimant qui, lorsqu'il est alimenté, attire une armature métallique pour fermer un ensemble de contacts électriques. Cela permet à un courant de circuler à travers le relais, complétant ainsi un circuit.
  • Le courant auquel un relais commute (également appelé courant d'enclenchement ou courant de déclenchement) est déterminé par la conception du relais et la bobine utilisée.
  • Le courant de déclenchement est directement proportionnel à l'intensité du champ magnétique généré par la bobine et est influencé par des facteurs tels que le nombre de tours dans la bobine, le diamètre du fil et le matériau du noyau magnétique.

En cas de défaut (comme une surintensité) :

1. Il y aura un courant élevé dans la ligne d'arrivée.
2. Le courant dans le secondaire du transformateur de courant augmente, ce qui correspond au courant dans la bobine du relais.
3. Le contact du relais (I) se ferme sous l'effet du courant de défaut élevé.
4. Cela ferme le circuit de déclenchement du disjoncteur et le courant commence à circuler depuis la batterie (G), à travers la bobine de déclenchement (F), dans un circuit de déclenchement (H).
5. La bobine de déclenchement du disjoncteur est mise sous tension. Le mécanisme d'ouverture du disjoncteur est alors activé, ce qui a pour effet de séparer les contacts.
6. Cela permet d'isoler la partie défectueuse du reste de la ligne.

Types de disjoncteurs

Disjoncteurs basse tension

Les disjoncteurs basse tension (BT) gèrent des tensions allant jusqu'à 1 kV.

Disjoncteurs miniatures (MCB)

Les disjoncteurs miniatures sont utilisés pour protéger les circuits où les courants nominaux sont plus faibles. Ils peuvent être utilisés jusqu'à des circuits de 125A. Ils sont peu coûteux, compacts et faciles à installer.

Disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB)

• Un boîtier moulé est utilisé pour enfermer le disjoncteur. Il s'agit de grands disjoncteurs conçus pour les systèmes électriques à haute tension.
• Les disjoncteurs sont couramment utilisés pour des courants nominaux allant jusqu'à 1600 A et des niveaux de défaut allant jusqu'à 150 KA.
• Ces disjoncteurs sont plus durables et peuvent supporter des niveaux de courant plus élevés que les disjoncteurs MCB.
• Les disjoncteurs fonctionnent à l'aide de composants bimétalliques et solénoïdes, mais plus récemment, les disjoncteurs à microprocesseur sont devenus populaires en raison de leur mécanisme de déclenchement électronique rapide.
• Les MCB et MCCB sont disponibles dans différentes configurations, telles que unipolaire, bipolaire et tripolaire, afin de répondre aux différentes exigences électriques.
• L'un des principaux avantages des disjoncteurs de puissance est leur grande durabilité. Ils sont couramment utilisés comme disjoncteurs industriels dans des environnements difficiles où des niveaux de courant élevés et des conditions difficiles sont courants.

Disjoncteurs à air (ACB)

Il s'agit de disjoncteurs à haute tension qui utilisent de l'air pour isoler les contacts et interrompre le flux de courant à travers le disjoncteur. Ils sont idéaux pour les applications industrielles et commerciales, où des niveaux de courant élevés sont courants. Les ACB sont généralement utilisés pour les circuits gérant des courants allant jusqu'à 6300A.

Disjoncteur à courant résiduel (RCCB)

Un disjoncteur différentiel est conçu pour offrir une protection contre les fuites à la terre. Ces disjoncteurs sont utilisés dans les habitations, les bureaux et les industries en fonction des exigences de sensibilité au courant spécifiques à chaque application. En cas de fuite de courant, le RCCB est conçu pour détecter le problème et se déclencher, évitant ainsi les chocs électriques potentiels et autres effets négatifs de la fuite de courant.

Disjoncteurs moyenne et haute tension

Les disjoncteurs qui fonctionnent dans une plage de tension de 1 KV à 69 KV sont classés comme disjoncteurs moyenne tension. Les disjoncteurs fonctionnant dans une plage de tension de 69 KV à 230 KV sont appelés disjoncteurs haute tension. Ils sont utilisés dans les systèmes de distribution d'énergie à haute tension, tels que les transformateurs et les sous-stations.

Disjoncteurs à vide (VCB)

• Il s'agit de disjoncteurs moyenne tension qui utilisent le vide comme moyen d'extinction de l'arc.
• Les disjoncteurs à vide ont une longue durée de vie et sont très fiables en raison de l'absence de pièces mobiles dans le disjoncteur.
• Ils sont compacts, nécessitent peu d'entretien et fonctionnent silencieusement.
• Ils sont utilisés dans les salles de contrôle des stations de réseau.

Disjoncteurs SF6

• Les disjoncteurs SF6 utilisent le gaz SF6 comme moyen d'extinction de l'arc, et il est très efficace pour rompre les contacts.
• L'utilisation du gaz SF6 comme milieu isolant permet aux disjoncteurs d'offrir des performances, une fiabilité et une sécurité supérieures à celles des autres types de disjoncteurs.
• Le gaz SF6 possède une rigidité diélectrique élevée, ce qui permet de l'utiliser dans des applications à haute tension.
• Les disjoncteurs SF6 ont une construction simple, une maintenance minimale et une excellente extinction d'arc. En outre, le même gaz est recirculé dans le circuit, ce qui rend le système plus efficace.

Disjoncteurs à huile

• Utilisé dans les systèmes à haute tension.
• Ils utilisent l'huile comme moyen de couper le circuit en cas de surcharge ou de court-circuit.
• Ils ont un pouvoir de coupure élevé en cas de court-circuit, ce qui permet de les utiliser dans des applications à haute tension.
• Les disjoncteurs à huile sont sujets à des fuites d'huile et à des risques d'incendie car l'huile peut former un mélange explosif avec l'air. De plus, il nécessite plus d'entretien car l'huile doit être remplacée fréquemment.

FAQ

Pourquoi un disjoncteur se déclenche-t-il ?

Un disjoncteur se déclenche pour interrompre le flux d'électricité dans un circuit électrique comme mesure de sécurité pour éviter une surcharge ou un court-circuit.

Quels sont les différents types de disjoncteurs résidentiels ?

Les bâtiments résidentiels utilisent des disjoncteurs, des disjoncteurs de puissance, des disjoncteurs de fuite et des disjoncteurs de défaut d'arc.

Qu'est-ce qu'un disjoncteur à semi-conducteurs ?

Un disjoncteur à semi-conducteurs utilise des dispositifs à semi-conducteurs tels que des diodes, des thyristors et des transistors pour contrôler le flux d'électricité au lieu de composants mécaniques traditionnels pour interrompre le flux de courant électrique dans un circuit électrique.