Sélection et réglage des disjoncteurs : Un guide complet des paramètres de base à la protection sélective
Classification des disjoncteurs
(1) Disjoncteur à air (ACB)
Un disjoncteur à air, également connu sous le nom de disjoncteur moulé ou universel, abrite tous les composants dans un cadre métallique isolé. Il est généralement de type ouvert, permettant l'installation de divers accessoires et facilite le remplacement facile des contacts et des pièces. Il est couramment utilisé comme interrupteur principal d'alimentation. Les unités de déclenchement par surintensité comprennent des types électromagnétiques, électroniques et intelligents. Le disjoncteur fournit une protection en quatre étapes : retard long, retard court, instantanée et protection contre les défauts à la terre. Chaque réglage de protection peut être ajusté dans une plage en fonction de la taille du cadre.
Les disjoncteurs à air sont adaptés aux réseaux de distribution pour des tensions nominales de 380V ou 660V en courant alternatif 50Hz, avec des courants nominaux allant de 200A à 6300A. Ils sont principalement utilisés pour distribuer l'énergie électrique et protéger les circuits et les équipements électriques contre les surcharges, les sous-tensions, les courts-circuits, les défauts monophasés à la terre et autres défauts. Ces disjoncteurs offrent plusieurs fonctions de protection intelligentes et permettent une protection sélective. Dans des conditions normales, ils peuvent être utilisés pour des commutations occasionnelles des circuits. Les ACB jusqu'à 1250A peuvent être utilisés dans des réseaux 50Hz, 380V pour protéger les moteurs contre les surcharges et les courts-circuits.
Les disjoncteurs à air sont également couramment utilisés comme interrupteurs principaux du côté 400V des transformateurs, comme interrupteurs de couplage de barres, interrupteurs de ligne de forte capacité et interrupteurs de commande de grands moteurs.
(2) Disjoncteur moulé (MCCB)
Aussi connu sous le nom de disjoncteur à branchement, le disjoncteur moulé abrite les bornes, les contacts, les chambres d'extinction d'arc, les unités de déclenchement et les mécanismes de commande 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. La structure est compacte et ne nécessite généralement pas d'entretien. Il est adapté à la protection des circuits secondaires. Les disjoncteurs moulés incluent généralement des unités de déclenchement thermomagnétiques, tandis que les modèles plus grands peuvent être équipés de capteurs de déclenchement à semi-conducteurs.
Les unités de déclenchement par surintensité pour les MCCB sont disponibles en versions électromagnétiques et électroniques. Généralement, les MCCB électromagnétiques ne sont pas sélectifs et n'offrent que la protection à retard long et instantanée. Les MCCB électroniques offrent quatre fonctions de protection : retard long, retard court, instantanée et protection contre les défauts à la terre. Certains nouveaux MCCB électroniques présentent également un verrouillage interzone sélectif.
Les disjoncteurs moulés sont généralement utilisés pour le contrôle et la protection des circuits de distribution, comme interrupteurs principaux du côté basse tension de petits transformateurs de distribution, pour le contrôle de distribution de puissance terminal et comme interrupteurs de puissance pour diverses machines de production.
(3) Mini-disjoncteur (MCB)
Le mini-disjoncteur est le dispositif de protection terminal le plus largement utilisé dans les systèmes de distribution électrique de bâtiments. Il est utilisé pour la protection contre les courts-circuits, les surcharges et les surtensions dans les circuits monophasés et triphasés jusqu'à 125A, et se présente en configurations monopolaire (1P), bipolaire (2P), tripolaire (3P) et quadripolaire (4P).
Un MCB comprend un mécanisme de commande, des contacts, des dispositifs de protection (diverses unités de déclenchement) et un système d'extinction d'arc. Les contacts principaux sont fermés manuellement ou électriquement. Après fermeture, un mécanisme de déclenchement libre bloque les contacts en position fermée. 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.
Dans la conception électrique des bâtiments civils, les mini-disjoncteurs sont principalement utilisés pour la protection et l'exploitation, telles que la surcharge, le court-circuit, le surcourant, la perte de tension, la sous-tension, la mise à la terre, les fuites, le transfert automatique de sources d'alimentation double et le démarrage occasionnel de moteurs.
Paramètres caractéristiques de base des disjoncteurs
(1) Tension nominale d'utilisation (Ue)
La tension nominale d'utilisation est la tension nominale du disjoncteur, sous laquelle le disjoncteur peut fonctionner en continu dans des conditions normales de service et de performance spécifiées.
En Chine, pour les niveaux de tension jusqu'à 220kV, la tension maximale d'utilisation est 1,15 fois la tension nominale du système ; pour 330kV et au-dessus, la tension maximale d'utilisation est 1,1 fois la tension nominale. Le disjoncteur doit maintenir l'isolation et être capable de fermer et d'interrompre sous la tension maximale d'utilisation du système.
(2) Courant nominal (In)
Le courant nominal est le courant que l'unité de déclenchement peut supporter en continu à une température ambiante inférieure à 40°C. Pour les disjoncteurs avec des unités de déclenchement réglables, il s'agit du courant maximal que l'unité de déclenchement peut supporter en continu.
Lorsqu'il est utilisé à des températures ambiantes supérieures à 40°C mais n'excédant pas 60°C, le disjoncteur peut fonctionner à charge réduite pour un service à long terme.
(3) Réglage du courant de déclenchement par surcharge (Ir)
Lorsque le courant dépasse le réglage Ir de l'unité de déclenchement, le disjoncteur se déclenche après un délai. Il représente également le courant maximal que le disjoncteur peut supporter sans se déclencher. Cette valeur doit être supérieure au courant de charge maximal Ib mais inférieure au courant maximal admissible Iz du circuit.
Pour les unités de déclenchement thermomagnétiques, Ir est généralement réglable entre 0,7–1,0In. Pour les unités de déclenchement électroniques, la plage de réglage est généralement plus large, généralement 0,4–1,0In. Pour les disjoncteurs avec des unités de déclenchement par surintensité non réglables, Ir = In.
(4) Réglage du courant de déclenchement par court-circuit (Im)
L'unité de déclenchement par court-circuit (instantanée ou à retard court) provoque le déclenchement rapide du disjoncteur lors de forts courants de défaut. Son seuil de déclenchement est Im.
(5) Courant nominal de tenue à court terme (Icw)
C'est la valeur de courant autorisée à passer par le conducteur pendant une durée spécifiée sans causer de dommages dus à la surchauffe.
(6) Capacité de coupure
La capacité de coupure d'un disjoncteur fait référence à sa capacité à interrompre en toute sécurité les courants de défaut, qui n'est pas nécessairement liée à son courant nominal. Les valeurs courantes incluent 36kA et 50kA. Elle est généralement divisée en capacité de coupure maximale (Icu) et capacité de coupure de service (Ics).
Principes généraux de sélection des disjoncteurs
Tout d'abord, sélectionnez le type et le nombre de pôles en fonction de l'application ; ensuite, sélectionnez le courant nominal en fonction du courant de fonctionnement maximal ; enfin, choisissez le type d'unité de déclenchement et les accessoires. Les exigences spécifiques sont les suivantes :
La tension nominale d'utilisation du disjoncteur ≥ tension nominale de la ligne.
La capacité de coupure et de fermeture nominale du disjoncteur ≥ courant de charge calculé de la ligne.
La capacité de coupure et de fermeture nominale du disjoncteur ≥ courant de court-circuit maximal possible dans la ligne (généralement calculé en valeur efficace).
Le courant de court-circuit monophasé à la terre à l'extrémité de la ligne ≥ 1,25 fois le réglage instantané (ou à retard court) du disjoncteur.
La tension nominale de l'unité de déclenchement par sous-tension = tension nominale de la ligne.
La tension nominale de l'unité de déclenchement par shunt = tension de l'alimentation de commande.
La tension nominale de fonctionnement du mécanisme de commande électrique = tension de l'alimentation de commande.
Lorsqu'il est utilisé dans les circuits d'éclairage, le réglage instantané de l'unité de déclenchement électromagnétique est généralement 6 fois le courant de charge.
Lors de l'utilisation d'un disjoncteur pour la protection contre les courts-circuits d'un seul moteur, le réglage instantané est 1,35 fois le courant de démarrage du moteur (pour la série DW) ou 1,7 fois (pour la série DZ).
Lors de l'utilisation d'un disjoncteur pour la protection contre les courts-circuits de plusieurs moteurs, le réglage instantané est 1,3 fois le courant de démarrage du plus grand moteur plus les courants de fonctionnement des autres moteurs.
Lors de l'utilisation d'un disjoncteur comme interrupteur principal du côté basse tension d'un transformateur de distribution, sa capacité de coupure doit dépasser le courant de court-circuit du côté basse tension du transformateur. Le courant nominal de l'unité de déclenchement ne doit pas être inférieur au courant nominal du transformateur. Le réglage de protection contre les courts-circuits est généralement 6 à 10 fois le courant nominal du transformateur ; le réglage de protection contre les surcharges est égal au courant nominal du transformateur.
Après avoir préalablement sélectionné le type et le calibre du disjoncteur, une coordination avec les dispositifs de protection en amont et en aval est nécessaire pour éviter les déclenchements en cascade et minimiser la portée de l'accident.
Sélection des disjoncteurs
Dans les systèmes de distribution, les disjoncteurs sont classés comme sélectifs ou non sélectifs en fonction de leurs performances de protection. Les disjoncteurs basse tension sélectifs ont soit une protection en deux étapes, soit en trois étapes. Les caractéristiques instantanées et à retard court sont utilisées pour la protection contre les courts-circuits, tandis que les caractéristiques à retard long sont utilisées pour la protection contre les surcharges. Les disjoncteurs non sélectifs sont généralement instantanés, utilisés uniquement pour la protection contre les courts-circuits, ou à retard long, utilisés uniquement pour la protection contre les surcharges.
Dans les systèmes de distribution, si le disjoncteur en amont est sélectif et le disjoncteur en aval est non sélectif ou sélectif, la sélectivité est obtenue en utilisant le délai de l'unité de déclenchement à retard court ou en ajustant les paramètres de délai. Lorsque le disjoncteur en amont fonctionne avec un délai, considérez ce qui suit :
Quel que soit le disjoncteur en aval, sélectif ou non, le réglage de déclenchement instantané par surintensité du disjoncteur en amont doit généralement être d'au moins 1,1 fois le courant de court-circuit triphasé maximal à la sortie du disjoncteur en aval.
Si le disjoncteur en aval est non sélectif, pour éviter que l'unité de déclenchement par surintensité à retard court du disjoncteur en amont ne fonctionne en premier en raison d'une sensibilité insuffisante de l'unité de déclenchement instantané du disjoncteur en aval lors d'un court-circuit, le réglage de déclenchement par surintensité à retard court du disjoncteur en amont doit généralement être d'au moins 1,2 fois celui de l'unité de déclenchement instantané du disjoncteur en aval.
Si le disjoncteur en aval est également sélectif, pour assurer la sélectivité, le temps de fonctionnement à retard court du disjoncteur en amont doit être d'au moins 0,1 seconde plus long que celui du disjoncteur en aval.
Généralement, pour assurer une opération sélective entre les disjoncteurs basse tension en amont et en aval, le disjoncteur en amont doit idéalement avoir une unité de déclenchement par surintensité à retard court, et son courant de fonctionnement doit être d'au moins un niveau supérieur à celui de l'unité de déclenchement en aval. Au minimum, le courant de fonctionnement Iop.1 en amont doit être d'au moins 1,2 fois le courant de fonctionnement Iop.2 en aval, c'est-à-dire Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.
Protection en cascade des disjoncteurs
Dans la conception des systèmes de distribution, la coordination entre les disjoncteurs en amont et en aval doit atteindre "la sélectivité, la vitesse et la sensibilité". La sélectivité concerne la coordination entre les disjoncteurs, tandis que la vitesse et la sensibilité sont associées aux caractéristiques du dispositif de protection et au mode de fonctionnement du circuit.
Une bonne coordination entre les disjoncteurs en amont et en aval permet l'isolement sélectif du circuit défectueux, garantissant la continuation du fonctionnement normal des autres circuits non défectueux. Une mauvaise coordination affecte la fiabilité du système.
La protection en cascade est une application pratique des caractéristiques limitatrices de courant des disjoncteurs. Son principe principal est d'utiliser l'effet limitant de courant du disjoncteur en amont (QF1), ce qui permet de choisir un disjoncteur en aval (QF2) avec une capacité de coupure plus faible, réduisant ainsi les coûts. Le disjoncteur en amont QF1, limitant le courant, peut interrompre le courant de court-circuit maximum prospectif à son point d'installation. Étant donné que les disjoncteurs en amont et en aval sont connectés en série, lorsque un court-circuit se produit à la sortie du disjoncteur en aval QF2, le courant de court-circuit réel est considérablement réduit par l'effet limitant de QF1, bien inférieur au courant de court-circuit prospectif à ce point. Ainsi, la capacité de coupure de QF2 est effectivement renforcée par QF1, dépassant sa capacité de coupure nominale.
La protection en cascade a certaines conditions : par exemple, les circuits adjacents ne doivent pas avoir de charges critiques (car le déclenchement de QF1 entraînerait également la déconnexion du circuit de QF3), et les réglages instantanés de QF1 et QF2 doivent être correctement appariés. Les données de cascade ne peuvent être déterminées que par essais, et la coordination entre les disjoncteurs en amont et en aval doit être fournie par le fabricant.
Sensibilité des disjoncteurs
Pour assurer le bon fonctionnement de l'unité de déclenchement par surintensité instantanée ou à retard court dans les conditions minimales de fonctionnement du système et lors du défaut de court-circuit le plus léger dans sa zone de protection, la sensibilité du disjoncteur doit répondre aux exigences du "Code de conception des installations électriques basse tension" (GB50054-95), qui spécifie une sensibilité d'au moins 1,3, c'est-à-dire Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Ici, Iop est le courant de fonctionnement de l'unité de déclenchement par surintensité instantanée ou à retard court, Ik.min est le courant de court-circuit monophasé ou biphasé à l'extrémité de la ligne protégée dans les conditions minimales de fonctionnement du système, et Sp est la sensibilité du disjoncteur.
Lors de la sélection d'un disjoncteur, sa sensibilité doit également être vérifiée. Pour les disjoncteurs sélectifs dotés d'unités de déclenchement par surintensité à retard court et instantané, seule la sensibilité de l'unité de déclenchement à retard court doit être vérifiée ; la sensibilité de l'unité de déclenchement instantané ne nécessite pas de vérification.
Sélection et réglage des unités de déclenchement des disjoncteurs
(1) Réglage du courant de fonctionnement de l'unité de déclenchement par surintensité instantanée
Certains équipements électriques protégés par le disjoncteur ont des courants de pointe élevés au démarrage, plusieurs fois le courant nominal, provoquant des courants de pointe élevés brèves pour le disjoncteur. Le courant de fonctionnement Iop(o) de l'unité de déclenchement par surintensité instantanée doit dépasser le courant de pointe Ipk du circuit, c'est-à-dire Iop(o) ≥ Krel·Ipk, où Krel est le facteur de fiabilité. Lors de la sélection d'un disjoncteur, assurez-vous que son réglage de déclenchement par surintensité instantanée dépasse le courant de pointe pour éviter les déclenchements intempestifs.
(2) Réglage du courant de fonctionnement et du temps de l'unité de déclenchement par surintensité à retard court
Le courant de fonctionnement Iop(s) de l'unité de déclenchement par surintensité à retard court doit également dépasser le courant de pointe Ipk du circuit, c'est-à-dire Iop(s) ≥ Krel·Ipk, où Krel est le facteur de fiabilité. Les temps de déclenchement à retard court sont généralement de 0,2s, 0,4s ou 0,6s, déterminés en fonction de la sélectivité avec les dispositifs de protection en amont et en aval, assurant que le dispositif en amont fonctionne après celui en aval d'un pas de temps.
(3) Réglage du courant de fonctionnement et du temps de l'unité de déclenchement par surintensité à retard long
L'unité de déclenchement par surintensité à retard long est principalement utilisée pour la protection contre les surcharges. Son courant de fonctionnement Iop(l) n'a besoin que de dépasser le courant de charge maximal du circuit (courant calculé I30), c'est-à-dire Iop(l) ≥ Krel·I30, où Krel est le facteur de fiabilité. Le temps de fonctionnement doit dépasser la durée des surcharges à court terme acceptables pour éviter les déclenchements intempestifs.
(4) Exigences de coordination entre le courant de fonctionnement de l'unité de déclenchement par surintensité et le circuit protégé
Pour éviter les dommages d'isolation ou les incendies en cas de surcharges ou de courts-circuits sans que le disjoncteur ne se déclenche, le courant de fonctionnement Iop de l'unité de déclenchement par surintensité doit satisfaire la condition : Iop ≤ Kol·Ial. Ici, Ial est la capacité de transport de courant admissible du câble isolé ; Kol est le facteur de surcharge à court terme acceptable - généralement 4,5 pour les unités de déclenchement instantanées et à retard court, 1,1 pour les unités de déclenchement à retard long utilisées pour la protection contre les courts-circuits, et 1,0 lorsqu'elles sont utilisées uniquement pour la protection contre les surcharges. Si cette exigence de coordination n'est pas respectée, le réglage de l'unité de déclenchement doit être ajusté, ou la section du conducteur ou du câble doit être augmentée de manière appropriée.
