Guide complet pour la sélection des disjoncteurs et le calcul des réglages

Comment choisir et régler les disjoncteurs

1. Types de disjoncteurs

1.1 Disjoncteur à air (ACB)
Aussi connu sous le nom de disjoncteur universel ou à cadre moulé, tous les composants sont montés dans un cadre métallique isolé. Il est généralement de type ouvert, permettant un remplacement facile des contacts et des pièces, et peut être équipé de divers accessoires. Les ACB sont couramment utilisés comme interrupteurs principaux d'alimentation. Les unités de déclenchement par surintensité comprennent des types électromagnétiques, électroniques et intelligents. Ils offrent une protection en quatre étapes : retard long, retard court, instantané et défaut à la terre, chaque réglage de protection étant ajustable dans une plage basée sur la taille du cadre.

Les ACB sont adaptés aux réseaux CA 50 Hz avec des tensions nominales de 380 V ou 660 V et des courants nominaux allant de 200 A à 6300 A. Ils sont principalement utilisés pour la distribution de puissance et la protection contre les surcharges, les sous-tensions, les courts-circuits et les défauts monophasés à la terre. Ces disjoncteurs offrent plusieurs fonctions de protection intelligente et sélective. Dans des conditions normales, ils peuvent être utilisés pour des commutations de circuit peu fréquentes. Les ACB jusqu'à 1250 A peuvent également protéger les moteurs contre les surcharges et les courts-circuits dans des systèmes 380V/50Hz.

Les applications courantes incluent les interrupteurs principaux sortants du côté 400V des transformateurs, les interrupteurs de liaison de barres, les interrupteurs de lignes de forte capacité et les interrupteurs de contrôle de grands moteurs.

1.2 Disjoncteur à boîtier moulé (MCCB)
Aussi connu sous le nom de disjoncteur à branchement, ses bornes, extincteurs d'arc, unités de déclenchement et mécanismes de commande sont logés dans un boîtier en plastique. Les contacts auxiliaires, les unités de déclenchement par sous-tension et les unités de déclenchement par shunt sont souvent modulaires, ce qui donne un design compact. Les MCCB ne sont généralement pas conçus pour la réparation et sont typiquement utilisés comme protection de circuits secondaires.

La plupart des MCCB comprennent des unités de déclenchement thermomagnétiques. Les modèles plus grands peuvent comporter des capteurs de déclenchement à semi-conducteurs. Les unités de déclenchement par surintensité peuvent être électromagnétiques ou électroniques. Les MCCB électromagnétiques sont généralement non sélectifs, offrant uniquement une protection longue durée et instantanée. Les MCCB électroniques offrent quatre fonctions de protection : longue durée, courte durée, instantanée et défaut à la terre. Certains modèles plus récents incluent l'interverrouillage sélectif par zone.

Les MCCB sont couramment utilisés pour le contrôle et la protection des circuits de ligne, les interrupteurs principaux sortants des petits transformateurs de distribution, les terminaux de contrôle de moteurs et comme interrupteurs de puissance pour diverses machines.

1.3 Mini-disjoncteur (MCB)
Les MCB sont les dispositifs de protection terminaux les plus largement utilisés dans les systèmes électriques de bâtiments. Ils protègent les circuits monophasés et triphasés jusqu'à 125 A contre les courts-circuits, les surcharges et les surtensions. Disponibles en configurations 1P, 2P, 3P et 4P.

Un MCB se compose d'un mécanisme de fonctionnement, de contacts, de dispositifs de protection (diverses unités de déclenchement) et d'un système d'extinction d'arc. Les contacts sont fermés manuellement ou électriquement et maintenus en place par un mécanisme de déclenchement libre. La bobine de l'unité de déclenchement par surintensité et l'élément chauffant de l'unité de déclenchement thermique sont connectés en série avec le circuit principal, tandis que la bobine de l'unité de déclenchement par sous-tension est connectée en parallèle avec l'alimentation électrique.

Dans la conception électrique des bâtiments, les MCB sont utilisés pour la protection contre les surcharges, les courts-circuits, les surintensités, les sous-tensions, les défauts à la terre, les fuites, le transfert automatique de sources d'énergie doubles, ainsi que pour le démarrage et la protection occasionnels des moteurs.

2. Paramètres techniques clés des disjoncteurs

• Tension nominale de service (Ue)
  La tension nominale à laquelle le disjoncteur est conçu pour fonctionner en continu dans des conditions spécifiées. En Chine, pour les systèmes jusqu'à 220 kV, la tension maximale de service est 1,15 fois la tension nominale du système ; pour 330 kV et au-delà, elle est de 1,1 fois. Le disjoncteur doit maintenir l'isolation et effectuer des opérations de commutation à la tension maximale de service du système.

• Courant nominal (In)
  Le courant que l'unité de déclenchement peut supporter en continu à des températures ambiantes allant jusqu'à 40°C. Pour les unités de déclenchement réglables, c'est le courant maximum réglable. À des températures supérieures à 40°C (jusqu'à 60°C), un dérating est autorisé.

• Réglage du courant de déclenchement par surcharge (Ir)
  Le disjoncteur se déclenche avec un retard lorsque le courant dépasse Ir, qui représente le courant maximum que le disjoncteur peut supporter sans se déclencher. Ir doit être supérieur au courant de charge maximum (Ib) mais inférieur au courant admissible du câble (Iz). Pour les disjoncteurs thermomagnétiques, Ir est généralement réglable de 0,7 à 1,0 In ; les unités de déclenchement électroniques offrent une plage plus large, généralement de 0,4 à 1,0 In. Pour les unités de déclenchement fixes, Ir = In.

• Réglage du courant de déclenchement par court-circuit (Im)
  Le seuil auquel l'unité de déclenchement instantané ou à court terme s'active pour déconnecter rapidement le circuit en cas de forts courants de défaut.

• Courant de tenue à court terme nominal (Icw)
  Le courant que le disjoncteur peut supporter pendant une durée spécifiée sans dommage thermique.

• Capacité de coupure
  Le courant de défaut maximal que le disjoncteur peut interrompre en toute sécurité, indépendamment de son courant nominal. Les valeurs courantes sont 36 kA et 50 kA. Il est classé en capacité de coupure ultime (Icu) et capacité de coupure de service (Ics).

3. Principes généraux de sélection des disjoncteurs

• Tension nominale de service ≥ tension nominale du circuit.

• Capacité de coupure à court-circuit nominale ≥ courant de charge calculé.

• Capacité de coupure à court-circuit nominale ≥ courant de court-circuit maximal possible dans le circuit.

• Courant de court-circuit monophasé à la terre à l'extrémité du circuit ≥ 1,25 × réglage instantané (ou à court terme).

• Tension nominale de l'unité de déclenchement par sous-tension = tension nominale du circuit.

• Tension nominale de l'unité de déclenchement par shunt = tension de l'alimentation de commande.

• Tension nominale du mécanisme de commande électrique = tension de l'alimentation de commande.

• Pour les circuits d'éclairage, fixer le courant de déclenchement électromagnétique instantané à 6 fois le courant de charge.

• Pour la protection contre les courts-circuits d'un seul moteur : 1,35 × courant de démarrage du moteur (série DW) ou 1,7 × (série DZ).

• Pour plusieurs moteurs : 1,3 × courant de démarrage du plus grand moteur + somme des courants de fonctionnement des autres moteurs.

• En tant qu'interrupteur du côté basse tension du transformateur principal : capacité de coupure > courant de court-circuit basse tension du transformateur ; courant nominal de déclenchement ≥ courant nominal du transformateur ; réglage de court-circuit = 6–10 × courant nominal du transformateur ; réglage de surcharge = courant nominal du transformateur.

• Après une sélection préliminaire, coordonner avec les disjoncteurs amont et aval pour éviter les déclenchements en cascade et minimiser la portée de la panne.

4. Sélectivité des disjoncteurs
Les disjoncteurs sont classés comme sélectifs ou non sélectifs. Les disjoncteurs sélectifs offrent une protection en deux ou trois étapes : instantanée et à court terme pour les courts-circuits, longue durée pour les surcharges. Les disjoncteurs non sélectifs sont généralement instantanés (courts-circuits uniquement) ou à longue durée (surcharges uniquement). La sélectivité est obtenue en utilisant des unités de déclenchement à court terme avec différents réglages de temps. Considérations clés :

• Réglage de déclenchement instantané amont ≥ 1,1 × courant de court-circuit triphasé maximal à la sortie du disjoncteur aval.

• Si le disjoncteur aval est non sélectif, réglage de déclenchement à court terme amont ≥ 1,2 × réglage de déclenchement instantané aval pour maintenir la sélectivité.

• Si le disjoncteur aval est également sélectif, délai de déclenchement à court terme amont ≥ délai de déclenchement à court terme aval + 0,1 s.
  Généralement, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Protection en cascade
Dans la conception du système, la coordination entre les disjoncteurs amont et aval assure la sélectivité, la rapidité et la sensibilité. Une coordination appropriée permet une isolation sélective des défauts, en maintenant l'alimentation des circuits sains. La cascade utilise l'effet de limitation de courant du disjoncteur amont (QF1). Lorsqu'un court-circuit se produit en aval (au QF2), l'action de limitation de courant de QF1 réduit le courant de défaut réel, permettant à QF2 d'interrompre un courant supérieur à sa capacité nominale. Cela permet l'utilisation de disjoncteurs aval moins coûteux et de moindre capacité de coupure. Les conditions incluent l'absence de charges critiques sur les circuits adjacents (car le déclenchement de QF1 entraînerait une coupure de QF3), et un appariement approprié des réglages instantanés. Les données de cascade sont déterminées par des tests et fournies par les fabricants.

6. Sensibilité des disjoncteurs
Pour assurer un fonctionnement fiable dans les conditions de défaut minimales, la sensibilité (Sp) doit être ≥1,3 selon GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Où Iop est le réglage de déclenchement instantané ou à court terme, et Ik.min est le courant de court-circuit minimal à l'extrémité de la ligne protégée dans les conditions minimales de fonctionnement du système. Pour les disjoncteurs sélectifs avec des déclenchements à court terme et instantanés, seule la sensibilité du déclenchement à court terme doit être vérifiée.

7. Sélection et réglage des unités de déclenchement

(1) Réglage de déclenchement par surintensité instantanée. Doit dépasser le courant de pointe (Ipk) du circuit lors du démarrage du moteur :
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = facteur de fiabilité)

(2) Réglage de déclenchement par surintensité à court terme et temps
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Les délais de temps sont généralement de 0,2 s, 0,4 s ou 0,6 s, réglés pour s'assurer que le temps de fonctionnement amont dépasse celui de l'aval d'une étape de temps.

(3) Réglage de déclenchement par surintensité à long terme et temps
Protège contre les surcharges : Iop(l) ≥ Krel × I30 (courant de charge maximal). Le réglage de temps doit dépasser la durée d'overload courte acceptable.

(4) Coordination entre les réglages de déclenchement et la capacité du câble.Pour éviter le surchauffage ou l'incendie du câble sans déclenchement :

Iop ≤ Kol × Ial
Où Ial = capacité de passage de courant admissible du câble, Kol = facteur de surcharge à court terme (4,5 pour les déclenchements instantanés ou à court terme ; 1,1 pour le déclenchement à long terme en protection contre les courts-circuits ; 1,0 pour la protection contre les surcharges uniquement). Si ce n'est pas satisfait, ajuster le réglage de déclenchement ou augmenter la section du câble.