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Appareillage électrique

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1. Introduction

L'appareillage électrique est l'ensemble du matériel nécessaire pour commander et contrôler l'alimentation électrique des dispositifs de conversion d'énergie tels que les moteurs ou autres machines.

Cet ensemble constitue ce qu'on appelle "le circuit de puissance" et assure trois fonctions essentielles qui sont :

• la fonction isolement permet la séparation des circuits du réseau et la consignation, elle est réalisée par le sectionneur ;
• la fonction commande permet l'ouverture et la fermeture du circuit, elle est réalisée par le contacteur ;
• la fonction protection assure la protection contre les surcharges et les courts-circuits, elle est réalisée respectivement par le relais thermique et par les fusibles.

Remarques : les fusibles sont en général portés par le sectionneur.

2. Les fusibles

Les fusibles, tout comme les disjoncteurs que nous verrons un peu plus loin, sont des dispositifs de protection des équipements.

Fusibles cartouche et porte fusibles montés sur rails

Ils servent à ouvrir le circuit en cas de court-circuit, protégeant ainsi la ligne du moteur et des appareillages.

Le fusible est l'élément le plus faible du circuit ; il équivaut à la goupille de cisaillement dans les équipements mécaniques.

Il est conçu pour ouvrir le circuit lorsque le courant qui le traverse est supérieur au courant nominal du fusible. En effet, lorsque le courant qui traverse le fusible augmente, la chaleur s'élève. Le rapport entre le courant et la chaleur est :

Chaleur = temps x (courant)(courant)

Donc, si le courant quadruple, la chaleur sera multipliée par le facteur 16.

Ce surplus de chaleur fait fondre l'élément conducteur, ce qui ouvre le circuit. Il importe de savoir que lorsqu'un fusible "fond", il risque d'être extrêmement chaud. Il faut donc, lorsqu'il s'agit de gros fusibles, utiliser des outils (figure suivante) pour ne pas toucher directement le fusible.

Pince à fusible :

a. Les types de fusible

Il existe une vaste gamme de fusibles. La figure 4.26 présente les principales familles que vous rencontrerez dans l'industrie.

Il existe trois sortes de fusibles cartouches selon leur usage :

• Les cartouches gF (usage domestique) et gG (anciennement gI et à usage industriel) sont prévues pour la protection des lignes de distribution. Elles sont marquées en noir.

• Les cartouches aM (accompagnement moteur) sont calculées pour résister à certaines surcharges comme par exemple le démarrage d'un moteur. Elles sont marquées en vert.

Il existe deux types de fusibles cartouches selon leur calibre :

• Les cartouches cylindriques, en huit tailles, qu'on emploie pour des courants de 1 à 125 A.

• Les cartouches à couteaux, en quinze tailles, utilisées pour des courants de 16 à 1 250 A (uniquement en gG et aM).

On retrouve également pour ces types de fusibles :

- trois classes de tension : 250 V, 380 V et 500 V ;

- avec ou sans voyant signalant l'état du fusible ;

- avec ou sans percuteur permettant d'agir sur un microrupteur (ouverture d'un circuit, signalisation, etc.).

Le dernier type de fusibles que vous verrez est celui que l'on utilise dans les appareils électriques.

Il sont généralement de petites dimensions d'où leur appellation de fusible miniature. Vous pouvez en observer un exemple à la figure suivante. Ils possèdent des calibres variant de 0 à 60 A.

Familles de fusible :

b. Installation de fusibles

Les points importants à retenir lors du remplacement d'un fusible sont :

- toujours remplacer un fusible par un autre de même calibre (même courant nominal) et de même type ;
- si un fusible a été remplacé à plusieurs reprises dans un court laps de temps, on doit chercher la cause de la défectuosité.

3. Les disjoncteurs

a. Propriétés

Les disjoncteurs sont à la fois des organes de commande et de protection, ils sont pratiquement tous magnétothermiques, c'est-à-dire composés:

d'un relais de protection thermique (protection contre les surcharges) ;
et d'un relais de protection magnétique (protection contre les courts-circuits).

Principe d'un relais de protection magnétique :

Ils peuvent donc jouer le rôle et être utilisés en lieu et place :

- d'un interrupteur : commande d'un circuit ;

- du relais thermique : protection contre les surcharges ;

- des fusibles : protection contre les courts-circuits.

En cas d'augmentation soudaine du courant, le système d'ouverture du circuit se déclenche et empêche le passage du courant.

Pour remettre le circuit en marche, il suffit de ré-enclencher le disjoncteur manuellement. Si ce dernier se déclenche de nouveau, il y a un problème dans le circuit qu'il faut corriger.

b. Les Types de disjoncteur

La famille des disjoncteurs à basse tension (moins de 600 V) regroupe deux principaux types de disjoncteur (figure suivante) :

le premier constitue l'appareillage modulaire et correspond à la gamme de courant de 1 à 125 A. Ils existent en unipolaire (230/400 V ~), unipolaire + neutre (230 V ~), bipolaire, tri et tétrapolaire (400 V ~) ;
le second, correspond à la gamme des disjoncteurs de puissance de 63 à 630 A. Ils existent en tri et tétrapolaire (600 V ~).

Disjoncteurs :

Disjoncteur équipé d’un relais magnéto thermique sur les 3 phases :

Disjoncteur pour petites installations :

c. Fonctionnement

La description précise du fonctionnement interne des disjoncteurs ne sera pas abordée. Cependant, il est bon de savoir que trois principes de fonctionnement des disjoncteurs à basse tension existent :

- thermique ;
- magnétique ;
- magnétothermique (en majorité).

La figure suivante présente la façon de ré-enclencher un disjoncteur qui a provoqué l'ouverture du circuit à la suite d'une surintensité.

Ré-enclenchement des disjoncteurs :

Lorsqu'il s'agit d'un disjoncteur à trois positions, il suffit de passer par la position "arrêt" avant de le replacer à la position "marche".

La remise en marche du disjoncteur à quatre positions, quant à elle, nécessite un passage par la position de ré-enclenchement avant de pouvoir remettre le circuit en marche.

4. Le sectionneur

Le sectionneur est le composant qui permet d'isoler électriquement le circuit de façon sécuritaire afin d'effectuer des travaux sans risquer de subir un choc électrique.
Le sectionneur sert donc à ouvrir ou fermer un circuit électrique si celui-ci est à vide, c'est-à-dire à courant nul, car son pouvoir de coupure est très faible (l'ouverture ou la fermeture du circuit en charge se fait par le contacteur).
Le sectionneur permet la consignation de l'installation afin d'effectuer les travaux ou interventions, il peut être cadenassé en position ouverte.
La poignée de manœuvre peut être située à l'intérieur ou à l'extérieur de l'armoire électrique. Le sectionneur peut servir de support aux fusibles, il s'appelle alors sectionneur porte fusibles. Il peut aussi parfois couper un circuit en charge, c'est alors un interrupteur sectionneur.
La figure suivante montre un sectionneur porte fusibles tétrapolaire et son schéma.

Sectionneur porte fusibles tétrapolaire :

5. Autres appareillages électriques

a. Le contacteur

Le contacteur est l'appareil qui sert à établir ou interrompre le passage du courant dans un "circuit de puissance" ; il est commandé depuis le "circuit de commande".

Ces deux circuits sont électriquement indépendants et souvent alimentés par des tensions différentes (TBT pour la commande et BT pour la puissance).

Le fonctionnement d'un contacteur est sensiblement le même que celui d'un relais.

La différence tient essentiellement au courant que peut couper un contacteur, beaucoup plus grand que celui que peut couper un relais.

Les contacteurs sont en général tri ou tétrapolaires avec possibilité d'adjoindre des blocs additionnels de contacts auxiliaires, temporisés etc. et ce dans une gamme de courant d'emploi de 9 A à 1 600 A. La figure suivante montre deux contacteurs côte à côte montés en inverseur.

Contacteur :

b. Relais de protection thermique

Il existe un type de relais qui utilise la chaleur créée par le passage du courant pour ouvrir ou fermer les contacts.

Le principe est le suivant : la chaleur fait dilater une lame bimétallique (bilâmes) entraînant ainsi sa flexion, ce qui ferme les contacts. La figure suivante montre le fonctionnement de ce type de relais.

Relais thermique :

Il est possible de trouver des contacts normalement ouverts (NO), encore appelés contacts à fermeture ou normalement fermés (NF), encore appelés contacts à ouverture.

La protection d'un moteur contre les surcharges est assurée par un relais de protection thermique. Le principe de fonctionnement est le même que le relais thermique vu précédemment.
Le courant du moteur traverse l'élément chauffant mais sans toutefois agir sur les contacts. C'est seulement lors d'une surcharge du moteur, le courant augmentant de façon importante, que les contacts sont actionnés.

Le contact a ouverture (95-96) est branché en série avec la bobine du contacteur, coupant ainsi le courant dans le moteur (figure ci-après).

Le contact à fermeture (97-98) peut servir à une signalisation. Il faut alors une action manuelle pour le réarmer.

Les relais de protection thermique possèdent en général un réglage du courant de déclenchement.

Relais de protection thermique :