Disjoncteurs

Les disjoncteurs sont destinés à protéger le circuit contre les surintensités, qui peuvent être divisées en deux catégories :

• La surcharge, c’est-à-dire un courant qui s’installe dans un circuit électriquement sain (par exemple, un moteur électrique qui déplace un arbre dont les roulements sont défectueux ou usés est obligatoirement ralenti et absorbe plus de courant).
• Le court-circuit, c’est-à-dire un courant produit par une rupture d’impédance négligeable entre deux parties du circuit (exemples : court-circuit entre phases, ou court-circuit entre phase et neutre).

Ces deux types de surintensités ont des intensités très différentes, la surcharge peut être tolérée si elle est temporaire, alors que le court-circuit, d’une intensité beaucoup plus grande, doit être immédiatement interrompu ; le disjoncteur permet de gérer les deux cas.Les normes harmonisées pour ce type d’interrupteurs sont la EN 60898 (installations domestiques) et la EN 60947-1 (usage général, pour les applications inférieures à 1000 Vac ou 1500 Vdc).

Les disjoncteurs ont une double protection :

• Protection thermique : le courant circule dans une feuille bimétallique, l’effet Joule génère une dilatation thermique différente sur les deux métaux, ce qui provoque une courbure ; en présence d’une surcharge, la chaleur générée augmente et la courbure plus prononcée déclenche une ancre qui interrompt le circuit.
• Protection magnétique : le courant du circuit circule dans une bobine ; en présence d’un court-circuit, le champ magnétique généré par la bobine déplace une ancre qui interrompt le circuit.

Les deux protections sont présentes à l’intérieur de l’interrupteur et sont simultanément actives dans la surveillance du circuit ; il doit donc y avoir un principe indiquant quand activer l’une ou l’autre.

En général, chaque protection est associée à différentes valeurs de surintensité. Comme le montre le graphique, les surintensités de faible valeur générées par une surcharge sont gérées par la protection thermique. La protection thermique ne s’active pas instantanément (protection à temps dépendant), mais avec un certain retard inversement proportionnel à la valeur de la surintensité : de cette façon, les surintensités brèves, telles que les courants de démarrage des moteurs, ne déclenchent pas inutilement l’interrupteur. Nous définissons Inf (courant non fonctionnel, doit être égal à 1,05 selon la norme EN 60947) comme la valeur maximale de la surintensité qui ne déclenche PAS la protection thermique, et If (courant fonctionnel, doit être égal à 1,25 selon la norme EN 60947) comme la valeur minimale de la surintensité qui déclenche la protection thermique dans le temps conventionnel (1 h).

La protection magnétique se déclenche pour des surintensités beaucoup plus intenses, typiques d’un court-circuit : ces courants sont extrêmement dangereux, tant pour l’homme que pour l’installation, et doivent donc être interrompus rapidement. La protection magnétique interrompt le courant en quelques dixièmes de seconde, sauvegardant ainsi le circuit. Nous définissons Im1 comme la surintensité minimale qui peut déclencher la protection magnétique et Im2 comme le courant minimal qui déclenche DEFINITIVEMENT l’intervention de la protection magnétique.

Ce graphique n’est en fait pas représentatif de tous les disjoncteurs, mais uniquement des disjoncteurs miniatures. Selon la norme IEC 60898-1, les disjoncteurs miniatures sont divisés en différentes catégories en fonction du seuil d’activation de la protection magnétique :

• Type B, avec un seuil d’intervention en cas de court-circuit compris entre 3 et 5 fois le courant nominal (In) du circuit (protection des charges qui génèrent une surcharge limitée, comme l’éclairage).
• Type C, avec seuil d’intervention en cas de court-circuit compris entre 5 et 10 fois le courant nominal (In) du circuit (protection standard des charges).
• Type D, avec seuil d’intervention en cas de court-circuit compris entre 10 et 20 fois le courant nominal (In) du circuit (protection des charges qui génèrent des surcharges importantes, comme les moteurs électriques).

Dans le domaine industriel, on peut avoir besoin d’un interrupteur avec une courbe caractéristique particulière, qui peut être modifiée en fonction des conditions de fonctionnement ; dans ce cas, les disjoncteurs miniatures ne sont pas adaptés. Les disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB) et les disjoncteurs à air (ACB), en plus de fonctionner sur des valeurs de courant supérieures à celles des disjoncteurs modulaires, permettent de calibrer les réglages de déclenchement des protections magnétiques ou thermiques, si nécessaire. Bien que les termes « thermique » et « magnétique » soient encore utilisés, ces interrupteurs, qui doivent gérer des courants élevés, ne reposent pas sur la mécanique physique déjà exposée, mais sont basés sur un contrôle électronique.

Dans les disjoncteurs basse tension, il existe quatre réglages de déclenchement différents :

• L- LONG TIME DELAY (protection thermique) : courbe dépendant du temps, calibrée à des valeurs proches de Ib (courant de fonctionnement).
• S- COURT DÉLAI (protection magnétique) : il peut également être dépendant du temps, il indique la première activation de la protection magnétique ; le délai programmé garantit la sélectivité entre les interrupteurs du système.
• I- INSTANTANEOUS PICKUP (protection magnétique instantanée) : il permet l’activation de la protection magnétique en dixièmes de seconde ; il est calibré pour fonctionner à proximité du courant de court-circuit minimum prévu.
• G- GROUND FAULT : prend en charge la protection contre les défauts à la terre, en gardant sous contrôle les vecteurs de courant et leurs éventuelles variations ; pour plus d’informations, veuillez vous référer à ce lien.

Pour les courants nominaux remarquablement élevés, supérieurs à 800 A, on utilise des disjoncteurs à air. Les disjoncteurs à air, grâce à un contrôle électronique, surveillent le passage du courant et, si nécessaire, ouvrent le circuit en utilisant l’air comme diélectrique pour interrompre l’arc électrique. La grande différence par rapport aux MCCB, outre le courant plus élevé géré, est la possibilité de retarder la protection magnétique instantanée jusqu’à 1 s, de manière à garantir la sélectivité du système.

Les disjoncteurs, qui agissent par le biais d’un double mécanisme, garantissent une protection contre les surcharges (grâce à la protection thermique) et les courts-circuits (grâce à la protection magnétique) ; grâce à leurs paramètres de déclenchement, dans certains cas réglables selon les besoins, ils peuvent être adaptés aux charges du système et aux surintensités prévues, de manière à n’agir rapidement qu’en cas de nécessité.