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Caractéristiques fondamentales d'un disjoncteur

De Guide de l'Installation Electrique

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Sommaire

Les caractéristiques fondamentales d'un disjoncteur sont :

  • la tension assignée d'emploi (Ue),
  • le courant assigné d'emploi (In),
  • les courants de réglage des déclencheurs protection contre les courants de surcharge (Ir ou Irth) et de court-circuit (Im ou Isd et Ii)[1],

    Pour des raisons de simplification de l’exposé, la terminologie Ir, Im et Ii est utilisée pour les seuils de réglage des différentes protections dans les applications générales.

  • le pouvoir de coupure industriel ou domestique (Icu ou Icn).

Tension assignée d'emploi Ue

C’est la tension pour laquelle le disjoncteur a été conçu pour fonctionner dans des conditions normales de performances.

D’autres tensions correspondantes à des conditions limites de fonctionnement comme indiqué (voir Autres caractéristiques d'un disjoncteur) sont aussi assignées au disjoncteur.

Courant assigné In

Correspondance : CEI 60947-2 et NF EN 60947-2

C’est la valeur maximale de courant qu’un disjoncteur équipé d’un déclencheur de protection contre les surintensités spécifié peut conduire indéfiniment pour une température ambiante spécifiée par le constructeur, sans avoir un échauffement excessif (hors de limites spécifiées) des parties conductrices.

Exemple

Un disjoncteur (boîtier) de courant assigné In = 125 A est prévu pour conduire indéfiniment un courant de 125 A à une température ambiante de 40°C avec un déclencheur de protection contre les surintensité réglé à 125 A.

Ce même disjoncteur peut cependant être utilisé à une valeur plus élevée de température ambiante s’il est correctement "déclassé". Ainsi ce disjoncteur peut conduire indéfiniment 117 A à une température ambiante de 50°C, ou de même 109 A à 60°C, tout en respectant les limites de température spécifiées.

Les disjoncteurs équipés de déclencheur électronique peuvent supporter des températures ambiantes plus élevées jusqu'à 60°C (ou même 70°C).

Le déclassement du disjoncteur est réalisé simplement en réduisant le réglage de protection contre les courants de surcharge de son déclencheur.

Note : le courant assigné In, défini pour les disjoncteurs dans la norme CEI 60947-2, est égal au courant assigné ininterrompu Iu, défini pour l'appareillage industriel dans la norme CEI 60947-1.

Taille d'un disjoncteur

Lorsqu'un disjoncteur peut être équipé de plusieurs déclencheurs de courants assignés différents, la taille du disjoncteur correspond au courant assigné le plus élevé des déclencheurs qui peuvent l'équiper.

Exemple

Un disjoncteur Compact NSX630 (taille 630 A) peut recevoir plusieurs types de déclencheurs électroniques Micrologic 5.3 de calibre (courant assigné) 400 A ou 630 A et ainsi couvrir la plage de 160 A à 630 A.

Courant de réglage (Irth ou Ir) des déclencheurs

Les disjoncteurs modulaires de type domestiques (de faibles calibres) sont très facilement interchangeables, et ont des déclencheurs intégrés. Les disjoncteurs de type industriel sont équipés de déclencheurs interchangeables. De plus, afin d’adapter un disjoncteur aux caractéristiques du circuit qu’il protège, et d’éviter le surdimensionnement des conducteurs, le déclencheur est généralement réglable. La valeur Ir ou Irth (les deux désignations sont couramment utilisées) qualifie le réglage du déclencheur : elle correspond au seuil de réglage de la protection Long retard (thermique) du déclencheur et du disjoncteur associé.

Note : Pour le réglage de la protection d’une canalisation par disjoncteur, le courant Ir (ou Irth) doit être plus grand que le courant maximal de charge Ib, mais inférieur au courant maximal admissible Iz dans la canalisation (voir La commande en BT ), ainsi :

  • la protection de la canalisation est assurée : l’utilisation d’une protection par disjoncteur ne nécessite pas un surdimensionnement des canalisations car le disjoncteur déclenche avant que la canalisation atteigne sa limite thermique,
  • le fonctionnement du circuit se fait sans déclenchement intempestif de la protection.
Type de protection Désignation pour les déclencheurs intégrés ou magnétothermiques Désignation pour les déclencheurs électroniques
Contre les courants de surcharge Ir[a]
Protection thermique
Ir[a] : Protection Long retard
Contre les courants de court-circuit Im
Protection magnétique
Isd[a] : Protection Court retard
Ii[a] : Protection Instantanée

[a] Terminologie conforme à l’annexe K de la norme CEI 60947-2

Les déclencheurs thermiques sont généralement réglables de 0,7 à 1 fois le courant nominal In du déclencheur.

Les déclencheurs électroniques ont des plages de réglage de 0,4 à 1 fois le courant nominal In du déclencheur : c’est un avantage intéressant lorsque des évolutions importantes de l’installation sont prévues.

Exemple

(cf. Fig. H27)

Un disjoncteur Compact NSX630N (taille du boîtier) équipé d’un déclencheur Micrologic 6.3 E de calibre 400 A réglé à 0,9 a une protection Long retard égale à :

Ir = 400 x 0,9 = 360 A

Note : Si le disjoncteur n’est pas équipé d’un déclencheur réglable (ou intègre un dispositif de déclenchement fixe, cas général des disjoncteurs modulaires de petit calibre), Ir = In.

Exemple : pour un disjoncteur iC60N 20 A, Ir = In = 20 A.

Fig. H27Exemple d’un disjoncteur Compact NSX 630N équipé d’un déclencheur Micrologic 6.3 E réglé à 0,9 soit Ir = 360 A

Courant de fonctionnement (Im ou Isd) des déclencheurs de court-circuit

Correspondances :

  • CEI 60898 et NF EN 60898
  • CEI 60947-2 et NF EN 60947-2

Le rôle des déclencheurs de court-circuit (magnétique ou Court retard) est de provoquer l'ouverture rapide du disjoncteur pour les fortes surintensités.

Leur seuil de fonctionnement Im est :

  • soit fixé par la norme pour les disjoncteurs domestiques régis par la norme CEI 60898,
  • soit indiqué par le constructeur pour les disjoncteurs industriels régis par la norme CEI 60947-2.

Pour ces derniers, il existe une grande variété de déclencheurs permettant à l'utilisateur de disposer d'un appareil bien adapté aux caractéristiques du circuit à protéger, même dans les cas les plus particuliers (cf. Fig. H28, Fig. H29 et Fig. H30).

Type de déclencheur Protection contre les surcharges Protection contre les courts-circuits
Disjoncteurs domestiques CEI 60898 Magnéto-thermique Ir = In Seuil bas type B
3 In ≤ Im ≤ 5 In
Seuil standard type C 5
In ≤ Im ≤ 10 In
Seuil haut type D 10
In ≤ Im ≤ 20 In[a]
Disjoncteurs industriels modulaires[b] Magnéto-thermique Ir = In
fixe
Seuil bas type B ou Z
3.2 In ≤ fixe ≤ 4.8 In
Seuil standard type C 7
In ≤ fixe ≤ 10 In
Seuil haut type D ou K 10
In ≤ fixe ≤ 14 In
Disjoncteurs industriels CEI 60947-2[b] Magnéto-thermique Ir = In fixe fixe: Im = 7 à 10 In
Réglable :
0.7 In ≤ Ir ≤ In

Réglable :

  • Seuil bas : 2 à 5 In
  • Seuil standard : 5 à 10 In
Electronique Long retard
0.4 In ≤ Ir ≤ In
Court retard (Isd) réglable
Ir  ≤  Isd  ≤  10 Ir
Instantané (Ii) fixe
Ii = 12 à 15 In

[a]  50 In dans la norme CEI 60898, ce qui est considéré comme une valeur irréaliste par la plupart des constructeurs européens (produits Schneider Electric = 10 à 14 In).
[b]  Pour un usage industriel, la norme CEI 60947-2 ne spécifie aucune valeur. Les valeurs ci-dessus sont seulement données comme étant celles les plus couramment utilisées.

Fig. H28Plages de réglage des protections contre les courants de surcharge et de court-circuit des déclencheurs des disjoncteurs BT

Fig. H29Courbe de fonctionnement type d'un disjoncteur magnétothermique

Ir : Courant de réglage de la protection contre les courants de surcharge (protection thermique ou Long retard)
Isd : Courant de réglage de la protection contre les courants de court-circuit (protection magnétique ou Court retard)
Ii : Courant de réglage de la protection contre les courants de court-circuit Instantané
Icu : pouvoir de coupure

Fig. H30Courbe de fonctionnement type d'un disjoncteur électronique

Aptitude au sectionnement

Un disjoncteur est apte au sectionnement s'il est conforme aux prescriptions prévues dans sa norme de référence (cf. paragraphe 1.2). Dans ce cas, c'est un disjoncteur sectionneur repéré en face avant par le symbole suivant :

Circuit-breaker-symbol.svg

Tous les appareils Acti 9, Compact et Masterpact sont dans cette catégorie.

Pouvoir assigné de coupure en court-circuit (Icu ou Icn)

La performance de coupure des courants de court-circuit d’un disjoncteur BT est globalement liée au cos φ de la boucle de défaut. Les normes établissent les valeurs normalisées de cette relation.

Le pouvoir assigné de coupure en court-circuit d’un disjoncteur est la valeur la plus élevé d’un courant présumé de défaut que le disjoncteur est capable de couper sans être endommagé. La valeur normalisée de ce courant est la valeur efficace de sa composante alternative, la composante transitoire continue, qui est toujours présente dans les cas de court-circuit, étant considérée comme nulle (cas très particulier d’un court-circuit "symétrique").

Les valeurs assignées, Icu pour les disjoncteurs de type industriel et Icn pour les disjoncteurs de type domestique, sont données en kA efficace.

La norme CEI 60947-2 définit deux performances de pouvoir de coupure soit :

  • le pouvoir assigné de coupure ultime en court-circuit (Icu) : le disjoncteur est capable de couper un tel courant suivant la séquence d’essai normative O – CO[2], ensuite il peut être endommagé mais l’installation ne doit pas être dangereuse (sectionnement assuré),
  • le pouvoir assigné de coupure de service en court-circuit (Ics) exprimé en % de Icu : il représente un niveau de courant de court-circuit plus réaliste (au point d’installation). Le disjoncteur doit être capable, après sa coupure, de fonctionner sans dégradation de ses performances suivant la séquence d’essai normative O – CO – CO[2].

    D’autres caractéristiques sont définies dans la norme CEI 60947-2 et développées dans le paragraphe 4.3.

Correspondance : CEI 60947-2 et NF EN 60947-2

  • Déphasage courant/tension : si le courant est en phase avec la tension d’alimentation (facteur de puissance (cos φ) = 1 pour le circuit), la coupure du courant est plus aisée à réaliser qu’à toute autre valeur du facteur de puissance. En revanche, la coupure d’un courant avec un facteur de puissance de type inductif de faible valeur est nettement plus difficile à réaliser.

    Dans la pratique, pour tous les courants de court-circuit, le facteur de puissance est de type inductif et est (plus ou moins) de faible valeur. En général, à une tension donnée, plus le niveau de court-circuit est élevé, plus le facteur de puissance est faible, par exemple, plus le disjoncteur est proche d’un transformateur MT/BT de forte puissance.

    Le tableau de la Figure H31 extrait de la norme CEI 60947-2 établit les valeurs normalisées du cos φ en fonction de la valeur Icu pouvoir de coupure du disjoncteur.

    La norme CEI 60947-2 a défini une batterie d’essais regroupés en séquences et devant être répétés sur un nombre spécifié d’appareils.

  • le même appareil est soumis à une suite d’essais cumulatifs incluant un essai de fermeture et d’ouverture sur court-circuit,
  • après la séquence d'essais de la performance Icu d'un disjoncteur [ouverture (O)-temporisation-fermeture/ouverture (CO)], des mesures et des essais complémentaires sont réalisés pour s’assurer que les caractéristiques suivantes n’ont pas été dégradées :
    • la tenue diélectrique,
    • la performance de déconnexion (aptitude à l’isolement),
    • le fonctionnement correct de la protection contre les courants de surcharge.
Icu cos φ
6 kA < Icu ≤ 10 kA 0,5
10 kA < Icu ≤ 20 kA 0,3
20 kA < Icu ≤ 50 kA 0,25
50 kA < Icu 0,2

Fig. H31Relation entre Icu et cos φ (selon la norme CEI 60947-2).

Notes

  1. ^ Le tableau ci après résume les désignations des différents réglages
  2. ^ a et b O représente une manœuvre d’ouverture. CO représente une manœuvre de fermeture suivie d’une manœuvre d’ouverture.