Description des phénomènes de base lors du commutation des disjoncteurs dans les réseaux

La terminologie de commutation des disjoncteurs peut être comprise en considérant un événement réel.
Les figures 1 à 3 montrent la trace d'un test de courant de défaut triphasé non raccordé en fermeture-ouverture (CO) sur un disjoncteur sous vide (trace fournie par KEMA).
En prenant chaque figure à son tour, la terminologie est la suivante :

Séquence de déclenchement du disjoncteur et quantités associées

À partir de la figure 1, nous pouvons observer la séquence suivante d'événements en détail :

1.État initial :

• Le disjoncteur commence en position ouverte.

• Un signal de fermeture est appliqué à la bobine de fermeture pour initier l'opération de fermeture.

2.Processus de fermeture :

Après un bref délai électrique, le contact mobile commence à se déplacer (comme indiqué par la courbe inférieure du graphique de déplacement) et finit par entrer en contact avec les contacts fixes. Ce moment est appelé engagement des contacts ou fermeture des contacts. En pratique, en raison de la pré-ionisation entre les contacts, la connexion électrique réelle peut se produire légèrement avant le contact mécanique.

L'intervalle de temps entre l'application du signal de fermeture et le moment de l'engagement des contacts est connu sous le nom de temps de fermeture mécanique.

3.État fermé et courant de défaut :

• Une fois fermé, le disjoncteur transporte le courant de défaut. Un signal de déclenchement est ensuite appliqué à la bobine de déclenchement, initiant le processus d'ouverture (ou de déclenchement) du disjoncteur.

• Après un bref délai électrique, le contact mobile commence à s'éloigner des contacts fixes, entraînant leur séparation mécanique. Ce moment est appelé écartement des contacts, séparation des contacts ou ouverture des contacts.

• L'intervalle de temps entre l'application du signal de déclenchement et le moment de l'écartement des contacts est connu sous le nom de temps d'ouverture mécanique.

4.Formation d'arc et interruption du courant :

• Un arc électrique se forme entre les contacts alors qu'ils se séparent. Le courant tente de s'interrompre aux points de passage par zéro, d'abord dans la phase b, puis dans la phase a, et enfin avec succès dans la phase c.

•  La phase c est la première phase à atteindre une interruption complète, avec une durée d'arc (le temps entre l'écartement des contacts et l'interruption du courant) d'environ demi-cycle. Le temps d'interruption (aussi appelé temps de disjonction) pour la phase c est la somme du temps d'ouverture mécanique et de la durée d'arc.

5.Répartition du courant pendant l'interruption :

• Au moment de l'interruption du courant dans la phase c, les courants dans les phases a et b se décalent de 30°, devenant égaux en amplitude mais opposés en polarité. Le courant dans la phase avancée (phase a) subit un demi-cycle raccourci, tandis que le courant dans la phase retardée (phase b) subit un demi-cycle allongé.

• Le temps total de dégagement est la somme du temps d'ouverture mécanique et de la durée d'arc maximale observée dans la phase a ou la phase b.

Quantités liées au courant de commutation des disjoncteurs :

On peut voir soigneusement dans la figure 2 que :

•  Pour un défaut initié au pic de tension, le courant sera symétrique. Symétrique signifie que chaque demi-cycle du courant, également appelé boucle de courant, sera identique au demi-cycle précédent de courant. Le courant dans la phase a est presque symétrique en raison de l'initiation du défaut juste avant le pic de tension.

• Les courants dans les phases b et c sont asymétriques et se composent de longues et courtes boucles de courant, respectivement appelées boucles majeures et mineures.
  L'asymétrie maximale se produit lorsque le défaut est initié au passage par zéro de la tension.

Quantités liées à la tension de commutation des disjoncteurs

À partir de la figure 3, nous pouvons observer la séquence suivante d'événements en détail :

Passages par zéro du courant :
Un passage par zéro du courant se produit toutes les 60 secondes. Après que les contacts se soient écartés, le pôle le plus proche du prochain passage par zéro tentera d'interrompre le courant en premier. Dans ce cas, le pôle de la phase b, étant le plus proche du premier passage par zéro, tente d'interrompre le courant.

2. Tentatives initiales d'interruption du courant :

Le pôle de la phase b tente d'interrompre le courant mais échoue en raison des contacts trop proches pour résister à la tension de récupération transitoire (TRV), conduisant à une réallumage.
 Par la suite, le pôle de la phase a tente également d'interrompre le courant mais échoue également et réallume.

3. Interruption réussie du courant :

 Finalement, le pôle de la phase c interrompt avec succès le courant, rétablissant le système à la TRV et à la tension de récupération alternative (tension de récupération AC).

4. Tension de récupération transitoire (TRV) :

•  Définition : La TRV est l'oscillation transitoire qui se produit lorsque la tension du côté alimentation du disjoncteur se rétablit à la tension système pré-défaut.

• Comportement : La TRV oscille autour de la tension de récupération alternative, qui sert de point cible ou d'axe d'oscillation. La valeur crête de la TRV dépend de l'amortissement dans le circuit.

• Durée de l'oscillation : Comme le montre la forme d'onde, la TRV oscille sur un quart de cycle de fréquence secteur (c'est-à-dire 90 degrés).

• Impact sur les pôles : Le premier pôle à se dégager (dans ce cas, la phase c) est exposé à la TRV la plus élevée, car il subit l'oscillation transitoire complète.

5.    Dégagement des pôles subséquents :

• Les pôles des phases a et b se dégagent 90 degrés après la phase c.

• Pour ces pôles, les valeurs de TRV sont inférieures à celles subies par la phase c et ont des polarités opposées.

• La tension de récupération alternative est la tension ligne, partagée entre les deux phases.