Disjoncteur à coupure d'air

Dans un disjoncteur à coupure d'air, l'arc est initié et éteint dans de l'air statique lorsque l'arc se déplace. Ces disjoncteurs sont utilisés pour des tensions faibles, généralement jusqu'à 15 kV, avec des capacités de rupture de 500 MVA. En tant que moyen d'extinction d'arc, les disjoncteurs à air offrent plusieurs avantages par rapport à l'huile, notamment :

• L'élimination des risques et de la maintenance associés à l'utilisation de l'huile.

• L'absence de contraintes mécaniques causées par la pression du gaz et le mouvement de l'huile.

• L'élimination des coûts liés au remplacement régulier de l'huile en raison de sa détérioration due aux opérations successives de coupure.

Dans les disjoncteurs à coupure d'air, la séparation des contacts et l'extinction de l'arc se produisent dans l'air à pression atmosphérique, en utilisant le principe de haute résistance. L'arc est étendu via des conducteurs d'arc et des chicanes, tandis que la résistance de l'arc est augmentée par division, refroidissement et allongement.

La résistance de l'arc est augmentée jusqu'à ce que la chute de tension à travers l'arc dépasse la tension du système, éteignant ainsi l'arc au point zéro de courant de l'onde sinusoïdale.

Les disjoncteurs à coupure d'air sont utilisés dans les circuits DC et AC jusqu'à 12 000 V. Généralement de type intérieur, ils sont installés sur des panneaux verticaux ou des armoires de distribution intérieures, largement appliqués dans les tableaux de distribution moyenne et basse tension pour les systèmes AC.

Disjoncteur à coupure d'air de type simple

La variante la plus simple comporte deux contacts en forme de cornes. L'arcing se produit initialement sur la distance la plus courte entre les cornes et est progressivement poussé vers le haut par les courants de convection de l'air chauffé par l'arc et l'interaction des champs magnétiques et électriques. Lorsque les cornes sont complètement séparées, l'arc s'étend de la pointe à la pointe, atteignant un allongement et un refroidissement.

La lenteur relative du processus et le risque de propagation de l'arc vers les composants métalliques adjacents limitent son application à environ 500 V et aux circuits de faible puissance.

Disjoncteur à coupure d'air de type soufflage magnétique

Utilisé dans les circuits avec des tensions jusqu'à 11 kV, l'extinction de l'arc dans certains disjoncteurs à air est réalisée via un champ magnétique provenant de bobines de soufflage connectées en série avec le circuit interrompu. Ces bobines déplacent l'arc dans des chicanes - elles n'éteignent pas l'arc elles-mêmes. Dans les chicanes, l'arc est allongé, refroidi et éteint. Des écrans d'arc empêchent la propagation de l'arc vers les réseaux adjacents.

Polarité, chicanes d'arc et détails opérationnels des disjoncteurs à coupure d'air
Importance de la polarité de la bobine

Une polarité de bobine correcte est cruciale pour diriger l'arc vers le haut, en exploitant les forces électromagnétiques pour améliorer le mouvement de l'arc. Ce principe devient plus efficace avec des courants de défaut plus élevés, permettant à ces disjoncteurs d'atteindre des capacités de rupture plus élevées.

Fonctionnalité des chicanes d'arc

Une chicane d'arc est un dispositif clé pour l'extinction de l'arc dans l'air, remplissant trois rôles interconnectés :

• Confinement de l'arc : Restreint l'arc à un espace défini, empêchant une propagation incontrôlée.

• Contrôle magnétique : Guide le mouvement de l'arc via des champs magnétiques pour faciliter l'extinction dans la chicane.

• Refroidissement rapide : Déionise les gaz d'arc par refroidissement intense, assurant l'extinction de l'arc.

Conception du disjoncteur à coupure d'air avec chicane d'air

Pour les circuits de basse et moyenne tension, ce disjoncteur comprend :

• Deux jeux de contacts:

• Contacts principaux : En cuivre, plaqués d'argent pour une faible résistance, conduisant le courant normal en position fermée.

• Contacts d'arc (auxiliaires) : En alliage de cuivre résistant à la chaleur, conçus pour résister à l'arcing lors de l'interruption de défaut. Ils se ferment avant et s'ouvrent après les contacts principaux pour protéger les contacts principaux des dommages.

• Mécanisme de soufflage : Des inserts en acier dans les chicanes d'arc créent des champs magnétiques qui accélèrent le mouvement de l'arc vers le haut. Ces plaques divisent l'arc en une série d'arcs courts, augmentant la chute de tension totale (chutes anode + cathode) à travers les arcs. Si cette somme dépasse la tension du système, l'arc s'éteint rapidement.

• Action de refroidissement : Le contact de l'arc avec les plaques d'acier froides refroidit et déionise rapidement l'arc, aidé par des forces naturelles ou magnétiques de soufflage.

Principe de fonctionnement

• Survenue d'un défaut : Les contacts principaux se séparent en premier, transférant le courant aux contacts d'arc.

• Formation de l'arc : Lorsque les contacts d'arc se séparent, un arc se forme entre eux.

• Mouvement de l'arc : Les forces électromagnétiques et thermiques poussent l'arc vers le haut le long des conducteurs d'arc.

• Division et extinction de l'arc : L'arc est divisé par des plaques de division, allongé, refroidi et déionisé, conduisant à son extinction.

Applications

• Auxiliaires de centrale électrique et installations industrielles : Adaptés aux environnements nécessitant une atténuation des risques d'incendie et d'explosion.

• Systèmes DC : Utilisent l'allongement de l'arc, les conducteurs d'arc et le soufflage magnétique pour les disjoncteurs jusqu'à 15 kV.

Limitation

• Inefficacité à faible courant : Les chicanes d'arc sont moins efficaces à faible courant en raison de champs magnétiques plus faibles, provoquant un mouvement plus lent de l'arc vers la chicane et potentiellement une interruption retardée.

Cette conception équilibre simplicité et fiabilité pour les applications de moyenne et basse tension, bien que ses performances varient en fonction de la magnitude du courant.