Temps de fonctionnement et de déclenchement du disjoncteur

La fonction principale d'un disjoncteur électrique est de fournir l'ouverture et la fermeture des contacts conducteurs. Bien que cela puisse sembler très simple, il faut se rappeler qu'un disjoncteur reste généralement en position fermée pendant la majeure partie de sa durée de vie. Très rarement, il est nécessaire d'opérer le disjoncteur pour ouvrir et fermer ses contacts.

Par conséquent, l'opération du disjoncteur doit être très fiable, sans aucun retard ni lenteur. Pour atteindre cette fiabilité, le mécanisme d'opération du disjoncteur devient plus complexe qu'il ne l'était initialement pensé.

La distance de course d'ouverture et de fermeture entre les contacts et la vitesse des contacts mobiles pendant l'opération sont les paramètres les plus importants à prendre en compte lors de la conception d'un disjoncteur.

L'écart des contacts, la distance de déplacement des contacts mobiles et leur vitesse sont déterminés par le type de milieu d'extinction d'arc, le courant et la tension nominale du disjoncteur.
Une courbe caractéristique typique d'opération du disjoncteur est présentée dans le graphique ci-dessous.
Dans ce graphique, l'axe X représente le temps en millisecondes et l'axe Y représente la distance en millimètres.

À un moment donné, T0, le courant commence à circuler dans 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. La période T3 – T2 est la période de surcharge de ces deux contacts (mobile et fixe). Après le temps T3, le contact mobile rebondit légèrement, puis revient à sa position fermée définitive après le temps T4.

Passons maintenant à l'opération de déclenchement. À un moment donné, T5, le courant commence à circuler dans la bobine de déclenchement 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. La période (T7 – T6) est la période de chevauchement.

À l'instant T8, le contact mobile revient à sa position ouverte finale, 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 atteint finalement sa position de repos. Cela s'applique aux disjoncteurs standard et à ceux à commande à distance.

Exigences pour l'opération d'ouverture du disjoncteur

Le disjoncteur doit être en position ouverte aussi rapidement que possible. Cela est dû à la limitation de l'érosion des contacts et à l'interruption rapide du courant défectueux. Cependant, la distance totale de déplacement du contact mobile n'est pas déterminée uniquement par la nécessité d'interrompre le courant défectueux, mais plutôt par l'écart des contacts nécessaire pour résister aux contraintes diélectriques normales et aux tensions d'impulsion atmosphérique qui apparaissent entre les contacts lorsque le disjoncteur est en position ouverte.

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 avec des matériaux hautement conducteurs tels que le cuivre, et le contact d'arc, fabriqué avec des matériaux résistants à l'arc tels que le tungstène ou le molybdène, qui ont une conductivité beaucoup plus faible que les contacts principaux.

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

Lorsque le contact mobile commence à se déplacer de la position fermée à la position ouverte, l'écart des contacts augmente progressivement et, après un certain temps, une position critique des contacts est atteinte, indiquant l'écart minimum nécessaire pour prévenir la réapparition d'un arc juste après le zéro de courant suivant.
Le reste du déplacement est nécessaire pour maintenir une force diélectrique suffisante entre l'écart des contacts et pour des raisons de décélération.

Exigences pour l'opération de fermeture du disjoncteur

Pendant l'opération de fermeture du disjoncteur, les éléments suivants sont requis,

1. Le contact mobile doit se déplacer vers le contact fixe à une vitesse suffisante pour éviter le phénomène de pré-arc. Lorsque l'écart des contacts diminue, un arc peut se former avant que les contacts ne soient finalement fermés.

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

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

4. Dans le mécanisme ressort-resort, le ressort de déclenchement ou d'ouverture est généralement chargé pendant l'opération de fermeture. Il faut donc fournir une énergie mécanique suffisante pour charger le ressort d'ouverture.

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