Disjoncteur

Définition du disjoncteur

Un disjoncteur est défini comme un dispositif qui ouvre et ferme des contacts électriques pour protéger les circuits des défauts.

Par conséquent, les disjoncteurs doivent fonctionner de manière fiable sans aucun retard. Pour assurer cette fiabilité, le mécanisme d'exploitation est plus complexe qu'il n'y paraît. La distance et la vitesse des contacts mobiles pendant l'ouverture et la fermeture sont des paramètres de conception cruciaux pour les disjoncteurs.

L'écart entre les contacts, la distance de déplacement des contacts mobiles et leur vitesse sont déterminés par le type de milieu d'extinction de l'arc, le courant nominal et la tension nominale du disjoncteur.Le fonctionnement typique d'un disjoncteur est montré dans un graphique de courbe caractéristique.

Dans ce graphique, l'axe X représente le temps en millisecondes et l'axe Y représente la distance en millimètres.

À l'instant T0, le courant commence à circuler à travers la bobine de fermeture. Après le temps T1, le contact mobile commence à se déplacer vers le contact fixe. À l'instant T2, le contact mobile touche le contact fixe. À l'instant T3, le contact mobile atteint sa position fermée. T3 – T2 est la période de surcharge de ces deux contacts (contact mobile et contact fixe). Après le temps T3, le contact mobile rebondit légèrement puis revient à sa position fermée fixe, après le temps T4.

Passons maintenant à l'opération de coupure. À l'instant T5, le courant commence à circuler à travers la bobine de coupure du disjoncteur. À l'instant T6, le contact mobile commence à se déplacer en arrière pour ouvrir les contacts. Après le temps T7, le contact mobile se détache finalement du contact fixe. Le temps (T7 – T6) est la période de chevauchement.

À l'instant T8, le contact mobile revient à sa position finale ouverte, mais il ne sera pas en position de repos car il y aura une oscillation mécanique du contact mobile avant qu'il n'atteigne sa position de repos finale. À l'instant T9, le contact mobile arrive finalement à sa position de repos. Cela s'applique aux disjoncteurs à commande standard et à distance.

Exigences de l'opération d'ouverture du disjoncteur

Un disjoncteur doit s'ouvrir rapidement pour limiter l'érosion des contacts et interrompre rapidement le courant défectueux. Cependant, la distance de déplacement du contact mobile est également déterminée par la nécessité de maintenir un écart de contact suffisant pour résister aux contraintes diélectriques normales et aux tensions d'impulsion de foudre lorsque le disjoncteur est ouvert.

La nécessité de transporter le courant continu et de résister à une période d'arc dans le disjoncteur, rend nécessaire l'utilisation de deux jeux de contacts en parallèle : le contact principal, toujours fabriqué à partir de matériaux hautement conducteurs tels que le cuivre, et le contact d'arc, fabriqué à partir de matériaux résistants à l'arc tels que le tungstène ou le molybdène, qui ont une conductivité beaucoup plus faible que les contacts principaux.

Lors de l'opération d'ouverture du disjoncteur, les contacts principaux s'ouvrent avant les contacts d'arc. Cependant, en raison de la différence de résistance électrique et d'inductance des voies électriques des contacts principaux et des contacts d'arc, un certain temps est nécessaire pour atteindre une commutation totale du courant, c'est-à-dire du branchement des contacts principaux au branchement des contacts d'arc.

Ainsi, lorsque le contact mobile commence à se déplacer de la position fermée à la position ouverte, l'écart entre les contacts augmente progressivement et, après un certain temps, une position critique des contacts est atteinte, indiquant l'écart minimum nécessaire pour prévenir la réapparition de l'arc après le prochain zéro de courant.

Le reste du déplacement est nécessaire uniquement pour maintenir une résistance diélectrique suffisante entre l'écart des contacts et pour le freinage.

Exigences de l'opération de fermeture du disjoncteur

Lors de l'opération de fermeture du disjoncteur, les éléments suivants sont nécessaires,

Le contact mobile doit se déplacer vers le contact fixe à une vitesse suffisante pour empêcher le phénomène de pré-arc. Alors que l'écart entre les contacts se réduit, l'arc peut commencer avant que les contacts ne soient finalement fermés.

Lors de la fermeture des contacts, le milieu entre les contacts est remplacé, il faut donc fournir une puissance mécanique suffisante lors de cette opération du disjoncteur pour comprimer le milieu diélectrique dans la chambre d'arc.

Après avoir touché le contact fixe, le contact mobile peut rebondir en raison de la force répulsive, ce qui n'est pas du tout souhaitable. Il faut donc fournir une énergie mécanique suffisante pour surmonter la force répulsive due à l'opération de fermeture en cas de défaut.

Dans le mécanisme ressort-resort, la ressort de coupure ou d'ouverture est généralement chargée lors de l'opération de fermeture. Il faut donc fournir une énergie mécanique suffisante pour charger la ressort de coupure.