Eléments de protection (1)

Vous vous réveillez en retard un beau matin et dans la hâte de prendre votre déjeuner, vous raccordez la bouilloire à la même prise électrique que votre grille-pain.

Résultat : le dispositif de protection de votre panneau électrique a flanché (disjoncteur ou fusible). Pas le temps de prendre votre repas, en élève responsable, vous empoignez un fruit et courez sur le chemin de l'école pour ne pas arriver en retard…

Cette situation, quoique désagréable, est beaucoup moins dramatique que de rentrer à la maison et de voir les pompiers s'affairer à combattre l'incendie provoqué par la surcharge d'un circuit électrique pas ou mal protégé.

En effet, la surcharge et la surintensité d'un circuit électrique ayant des éléments de protection inadéquats sont malheureusement une cause majeure d'incendie, tant dans le milieu résidentiel qu'industriel.

Surcharge d'un circuit :

Courts-circuits causés par une erreur humaine :

L'association PROMOTELEC (Association pour l'amélioration de la qualité et de la sécurité des installations électriques intérieures) et l'UTE, par l'entremise des organismes de normalisation, réglemente l'utilisation de l'énergie électrique pour le bien-être de tous les utilisateurs.

Le respect des articles et le rejet des actes de négligence nous éloignent du danger lié à l'utilisation de l'électricité, si précieuse à nos besoins quotidiens.

Il existe trois principaux dispositifs de protection électrique. Il y a d'abord les populaires fusibles et les disjoncteurs que l'on retrouve communément dans les tableaux de distribution électrique résidentiels. Ces deux éléments de protection sont habituellement les premiers composants d'un circuit électrique, placés immédiatement après le sectionneur. Ils ont comme principale tâche de limiter le courant d'entrée d'un circuit.

Il y a aussi les relais thermiques, dont l'utilisation est plus spécifique au milieu industriel. Contrairement aux deux autres, cet élément de protection est le dernier composant du circuit, raccordé immédiatement avant la charge. Sa principale tâche est de limiter le courant de sortie vers la charge.

Cette étude du cours traite des trois éléments de protection que sont les fusibles, les disjoncteurs et les relais thermiques.

Le fusible est un dispositif de protection ayant comme caractéristique principale d'être apte à interrompre un court-circuit ou un courant de défaut en le limitant à un niveau acceptable.

Lorsqu'un fusible interrompt un courant de circuit trop élevé, c'est l'élément interne qui fond en très peu de temps.

Le fusible limite le courant disponible en le réduisant rapidement à une valeur nulle. La chute de tension se retrouve aux bornes du fusible. Le circuit est alors désalimenté.

Un élément de zinc, ou parfois d'argent, est renfermé à l'intérieur d'un tube de verre, de céramique ou de fibre. Lorsque le courant dépasse la valeur nominale, l'élément fond coupant ainsi le circuit.

Élément d'un fusible :

Lors d'un court-circuit franc, le courant devient très intense, ce qui provoque, sous l'effet de la chaleur, une véritable explosion de l'élément interne. Le tube doit pouvoir résister à la grande pression qui se produit à ce moment.

Il faut éviter à tout prix que l'arc électrique soit maintenu par le métal vaporisé. Pour satisfaire ces exigences :

• on augmente la longueur du fusible à mesure que la tension d'utilisation augmente ; 
• on réduit au strict minimum la quantité de métal contenue dans l'élément.

Trois paramètres importants sont inscrits sur le corps d'un fusible :

- la tension ;

- le courant ;

- le type (gF, gG ou aM).

Ils sont tous donnés en valeur "alternative efficace et symétrique". La valeur efficace symétrique est cette même valeur que l'on peut lire avec un multimètre placé sur la fonction "courant alternatif, c.a.".

1) La tension : représente la valeur maximale de la tension sous laquelle le fusible peut être utilisé.

2) Le courant : nommé aussi courant nominal, il représente le courant qui peut traverser indéfiniment le fusible sans provoquer ni fusion ni échauffement excessif.

3) Le type :

• gF : dénomination pour les cartouches domestiques ;
• gG : dénomination pour les cartouches industrielles à usage général ;
• a.M : dénomination pour les cartouches d'accompagnement de moteur.

Le choix d'un fusible dépendra :

• de la nature de l'élément que l'on veut protéger (ligne, récepteur, etc.) ;
• de la nature du défaut dont on veut se protéger (surcharge, court-circuit).

Le choix doit donc fixer :

- Le type :

• les cartouches gF et gG (ex gI) protègent les circuits contre les faibles et fortes surcharges et bien sûr contre les courts-circuits ;
• les cartouches aM protègent contre les fortes surcharges et contre les courts-circuits. Elles sont calculées pour résister aux faibles surcharges comme par exemple le démarrage d'un moteur. Elles doivent être associées à un dispositif de protection contre les faibles surcharges (relais thermique).

- Le calibre In : le calibre du fusible est déterminé à partir du courant à transporter ou à partir de la puissance du récepteur. Le tableau présenté à la figure 1.61 indique les différents calibres de cartouches aM ou gG à associer au relais thermique en fonction de la puissance du moteur ;

- La forme (cylindrique ou à couteaux) et la taille ;

- d'autres éléments tels que voyants ou percuteurs.

Choix d'un fusible pour la protection des moteurs :

Le disjoncteur est un dispositif à double utilité :

• Il sert d'élément de protection pour un circuit ;

• il peut aussi servir de coupe-circuit grâce à sa poignée de manœuvre (OI).

Tout comme les sectionneurs, les disjoncteurs sont conçus pour ouvrir et fermer manuellement les circuits de commande d'un moteur. L'avantage d'utiliser le disjoncteur à la place du sectionneur vient du fait que si le courant du circuit dépasse la limite prédéterminée de son calibre, le circuit ouvre automatiquement.

Après une ouverture anormale, on n'a qu'à ré-enclencher le disjoncteur manuellement. C'est un dispositif de protection réutilisable contrairement aux fusibles. De plus le disjoncteur a un pouvoir de coupure que n'a pas le sectionneur et peut ouvrir un circuit "en charge".

Il existe sur le marché des disjoncteurs à un, deux ou trois pôles comme les sectionneurs.

Les symboles graphiques sont présentés sur la figure suivante.

Disjoncteurs :

L'inconvénient majeur de l'utilisation du disjoncteur comme coupe-circuit vient du fait qu'il n'offre pas toute la sécurité d'un sectionneur. La majorité des disjoncteurs ne sont ni cadenassables ni condamnés.

En milieu industriel, leur utilisation se limite la plupart du temps à l'alimentation des circuits d'éclairage ou de prises de courant. La plupart des circuits de charges motrices utilisent la combinaison du sectionneur et des fusibles.

Le disjoncteur peut être muni de déclencheurs à courant résiduel de défaut ou de baisse de tension, ces systèmes pouvant être temporisés ou non. Le courant résiduel de défaut est un courant qui entre dans un récepteur et qui s'écoule directement vers la terre par un défaut, en général d'isolement, (courant de fuite).

• Le courant qui entre dans le récepteur est donc différent de celui qui en ressort ;
• la mesure de cette différence est réalisée par un dispositif qui porte le nom de "différentiel" ;
• Quand le courant de fuite atteint la valeur du réglage de la sensibilité du différentiel, le disjoncteur ouvre instantanément le circuit, protégeant du même coup l'appareillage et le personnel qui pourrait toucher le récepteur en défaut.

Les sensibilités les plus courantes sont : 1A, 300 mA pour les moyennes sensibilités (MS), 30 mA et 10 mA pour les hautes sensibilités (HS).