Pourquoi les contacteurs brûlent-ils toujours ? La protection contre les surcharges et les courts-circuits doit être mise en œuvre simultanément
Les contacteurs sont utilisés pour fermer et ouvrir des charges qui nécessitent de telles opérations lors d'un usage normal, en particulier pour des activités spécifiques comme l'éclairage public à moyenne tension et les moteurs électriques industriels.
Le contrôleur de combinaison contacteur à moyenne tension + fusible (F-C) peut contrôler des moteurs jusqu'à 12 kV. Cependant, les contrôleurs à moyenne tension sont également adaptés en tant que feeders pour d'autres types de charges, notamment les transformateurs. Pour de telles charges, les contacteurs sont généralement modifiés pour inclure un verrouillage mécanique, afin que le contacteur ne s'ouvre pas automatiquement lorsque la tension du système s'effondre.
Les contacteurs avec verrouillage mécanique sont fondamentalement de la même structure que les contacteurs maintenus électromagnétiquement. Néanmoins, au lieu de compter sur une bobine principale continuellement alimentée pour maintenir le contacteur fermé, les contacteurs avec verrouillage mécanique utilisent un verrouillage mécanique pour maintenir l'état fermé. En essence, les contacteurs avec verrouillage mécanique simulent des disjoncteurs à moyenne tension. Cependant, il faut garder à l'esprit qu'il existe des différences distinctes entre les contacteurs et les disjoncteurs.
Considérations pour les circuits de commande
Une fois qu'un contacteur traditionnel maintenu électromagnétiquement est fermé, il reste fermé tant que la bobine principale est alimentée. La source d'alimentation de contrôle la plus courante pour le circuit de la bobine principale est un transformateur d'alimentation de contrôle, qui fait partie intégrante de l'ensemble du contrôleur. Ainsi, pour les charges de moteur, lorsque la tension du système s'effondre, le moteur se déconnecte automatiquement, évitant ainsi des dommages au moteur.
En revanche, les contacteurs avec verrouillage mécanique restent fermés lorsque la tension du système s'effondre. Ceci est particulièrement nécessaire lorsque la charge est de type nécessitant une ré-energisation automatique lorsque la tension du système est restaurée, comme les transformateurs d'éclairage.
Les contacteurs maintenus électromagnétiquement s'ouvrent lorsque les contacts dans le circuit de commande de la bobine principale s'ouvrent. D'autre part, les contacteurs avec verrouillage mécanique sont déverrouillés par la fermeture des contacts dans le circuit de verrouillage, permettant au contacteur de s'ouvrir. Ainsi, la commande requise pour les contacteurs avec verrouillage mécanique est quelque peu similaire à celle des disjoncteurs à moyenne tension.
Les contacteurs avec verrouillage mécanique nécessitent une source d'alimentation de commande fiable pour le tripping. Une source d'alimentation continue (batterie) est préférée, mais si la seule source d'alimentation de commande est un transformateur d'alimentation de contrôle connecté à la source de tension primaire, un dispositif de tripping à courant alternatif à condensateur est adapté.
Le circuit de fermeture devrait utiliser des boutons de contact momentané afin que la bobine principale soit alimentée uniquement pendant la période de fermeture. De même, le circuit de tripping (déverrouillage) devrait utiliser des boutons de contact momentané. Pour le tripping automatique des relais de protection, un contact normalement ouvert devrait être connecté dans le circuit de tripping (déverrouillage), et un contact normalement fermé du relais de protection devrait être connecté dans le circuit de fermeture. Le but du contact normalement fermé du relais dans le circuit de fermeture est de s'assurer que le circuit de la bobine principale est dé-énergisé pendant le tripping. Il est également souhaitable d'inclure une fonction de blocage (86) de relais, soit via la fonction 86 dans certains relais multifonctionnels à microprocesseur, soit via un relais de blocage séparé.
Il est important que le circuit de commande externe de l'utilisateur n'inclue pas de contacts de maintien dans le circuit de fermeture. Les contacteurs avec verrouillage mécanique fonctionnent de la même manière que les contacteurs maintenus électromagnétiquement, avec l'ajout d'un verrou mécanique. Si le circuit de la bobine principale est alimenté en continu, le contacteur restera fermé même si le verrou de tripping est actionné.
Les sources varient dans leurs estimations du temps nécessaire entre l'interruption de la panne et la ré-energisation subséquente. La plupart des sources indiquent qu'il doit y avoir au moins six cycles entre l'interruption de l'arc (lors de l'ouverture) et la fermeture des contacts lors de l'opération de fermeture subséquente.
Considérations sur les courts-circuits et les surcharges
Les contacteurs utilisés pour alimenter les transformateurs diffèrent de ceux utilisés pour alimenter les moteurs uniquement en termes de caractéristiques des fusibles limitant le courant. Les fusibles utilisés pour protéger les circuits de moteur sont des fusibles de classe M, dont les caractéristiques de protection sont adaptées aux exigences d'application des moteurs. Pour les feeders de transformateurs, les fusibles devraient être de classe T, conçus pour fournir une protection appropriée pour les transformateurs.
Les contacteurs sans fusibles ont seulement une capacité d'interruption limitée. Par conséquent, les contacteurs doivent toujours être utilisés en combinaison avec des fusibles limitant le courant. La combinaison d'un contacteur (qui interrompt le courant de charge normal et le courant de surcharge modéré) et d'un fusible limitant le courant (qui interrompt les courants dépassant la capacité du contacteur seul) fournit une capacité complète d'interruption de surintensité et de court-circuit.
Des relais de surintensité devraient être utilisés pour fournir une protection contre les courants de surcharge modérés, afin d'éviter une opération inutile des fusibles. Cette protection doit être coordonnée avec la capacité de transport de courant continu de la combinaison fusible-contacteur. Comme les fusibles génèrent une quantité significative de chaleur, il n'est pas rare que les fusibles soient dimensionnés un peu plus grands que recommandé pour le courant continu. Par conséquent, les relais de surintensité fournissent une protection contre la surcharge non seulement pour le transformateur mais aussi pour la combinaison fusible-contacteur. Ceci est approprié car la fonction du fusible est de fournir une protection contre les courts-circuits, pas contre les surcharges.
Protection monophasée
Les dispositifs modernes de protection contre la surcharge des moteurs incluent généralement une fonction de protection pour déconnecter automatiquement le moteur lorsque l'une des phases de l'alimentation d'entrée est perdue. Cependant, pour les feeders non-moteur, cette "protection monophasée" peut ne pas être nécessaire ou désirable. Par exemple, les charges de condensateurs ou d'éclairage ne sont généralement pas endommagées par des conditions monophasées. Néanmoins, les utilisateurs devraient considérer si la protection monophasée est appropriée. La méthode la plus courante pour mettre en œuvre cette fonction est de fournir un accessoire de tripping de fusible, qui est actionné mécaniquement par un poussoir sur le fusible limitant le courant. Avec cette option, lorsque n'importe quel fusible limitant le courant primaire s'active, le poussoir indicateur sur le fusible actionne un levier de tripping, provoquant l'ouverture du contacteur.
Autres considérations d'application
Les contacteurs avec verrouillage mécanique partagent de nombreuses caractéristiques d'application avec les contacteurs maintenus électromagnétiquement. Contrairement aux disjoncteurs, les contacteurs sont conçus pour des opérations fréquentes, avec 200 000 opérations électriques. La taille du transformateur qui peut être alimenté par un contacteur est, bien sûr, limitée par les fusibles disponibles (notamment à 7,2 kV) et la capacité de courant continu du contacteur.
Les contacteurs sont conçus pour avoir des besoins en énergie de commande faibles. Par conséquent, leurs vitesses de fermeture et d'ouverture peuvent être relativement lentes. Un temps de fermeture typique est de 40 ms pour 400 A et 70 ms pour 720 A, tandis que le temps d'ouverture est de 90 ms pour 400 A et 35 ms pour 720 A. Bien que ces temps soient beaucoup plus longs que les temps d'opération des disjoncteurs, ils ne nécessitent généralement aucune considération particulière pour les circuits de commande ou les procédures d'exploitation du système. Les contacteurs avec verrouillage sont intégrés dans la conception des contrôleurs à moyenne tension, éliminant les sections de transition et les grandes enceintes de commutation nécessaires pour les disjoncteurs. Comme les contacteurs avec verrouillage utilisent des fusibles pour la protection contre les courts-circuits, les fusibles peuvent s'activer en cas de panne grave. Si cela se produit, le temps d'arrêt associé au remplacement des fusibles est plus long que celui requis lors de l'utilisation de disjoncteurs. Cependant, l'expérience a montré que les pannes graves sont relativement rares, donc cela est peu susceptible d'être un problème majeur.
Résumé
Les contacteurs sont utilisés depuis des décennies pour alimenter les transformateurs et d'autres charges non-moteur, et leur utilisation a augmenté considérablement ces dernières années. L'utilisation de contacteurs avec verrouillage mécanique est particulièrement appropriée lorsque les transformateurs sont alimentés par des contacteurs à moyenne tension.
