1

1
GEL-22230
H05
GEL 22230
Appareillage lectrique
Jrme Cros
Equipements de protection
pour la basse tension
2
GEL-22230
H05
Un disjoncteur est un appareil de connexion capable dtablir, de
supporter et dinterrompre des courants dans des conditions
normales et anormales jusqu son pouvoir de coupure ultime
Dclencheur magntique instantan ou retard :
Protection contre les courts-circuits
Protection diffrentielle contre les dfauts
de mode commun (protection des personnes)
Dclencheur thermique :
Protection contre les surcharges
Dclencheur lectronique instantan ou retard :
Protection contre les surcharges et les courts-circuits
Protection diffrentielle contre les dfauts
de mode commun (protection des personnes)
Disjoncteur
2
3
GEL-22230
H05
1-bilame
3-contact mobile
contact fixe
4-chambre de coupure
2-circuit magntique
borne
tresse
ressort
systme
mcanique
Noyau
mobile
Elements dun disjoncteur
basse tension
4
GEL-22230
H05
Disjoncteur basse tension
3
5
GEL-22230
H05
Les caractristiques prendre en compte dans le choix dun disjoncteur sont :
la tension assigne ou tension dutilisation
le courant assign ou courant dutilisation dans les conditions normales,
le pouvoir de coupure (PdC) ou courant maximal (Iccmax) que peut couper
le disjoncteur,
la courbe de dclenchement : Variation du temps de dclenchement en
fonction du rapport I/In.
Il existe 7 courbes normalises
Caractristiques
dun disjoncteur basse tension
le nombre de poles
I/In
t
Courbe de dclenchement
thermique
Courbe de dclenchement
magntique
t
2
t
1
1 3 15
Pouvoir de coupure
6
GEL-22230
H05
La protection contre les surcharges est assure par un lment thermo-
sensible, le bilame.
En cas de surcharge, la dformation du bilame provoque le dclenchement
du disjoncteur:
Fonctionnement
dun disjoncteur basse tension
4
7
GEL-22230
H05
En cas de court-circuit, le courant traversant le solnode cre un champ
magntique qui expulse le plongeur contre le contact mobile :
La protection contre les court-circuit est assure par un circuit magntique.
Fonctionnement
dun disjoncteur basse tension
8
GEL-22230
H05
Dclenchement : 5 10 In
Utilisation : applications
courantes
Dclenchement : 10 14 In
Utilisation : protection des
circuits fort appel de courant
Dclenchement : 3 5 In
Utilisation : protection des
gnrateurs, des cbles de grande
longueur et des personnes dans
les rgimes IT et TN
Courbes de dclenchement
5
9
GEL-22230
H05
Courbes types
dun dclenchement lectronique
t
I
Seuil
Instantan
rglable
Seuil
long retard LR
0.4 I
n
< I <I
n
t
I
Seuil
Instantan
fixe
Seuil LR
long retard
0.4 I
n
< I <I
n
Seuil CR
court retard
2.5 I
n
< I <15I
n
Temporisation
CR
Protection contre les surcharges par
dclenchement long retard (LR) rglable.
Dclenchement instantan (seuil rglable)
en cas de court circuit.
Protection contre les surcharges par
dclenchement long retard (LR) rglable.
Court circuit : dclenchement court retard
(CR) rglable avec slectivit chronomtrique
Dclenchement instantan haut seuil fixe.
10
GEL-22230
H05
Lexistence du courant de fuite rsultant dun dfaut de mode commun est
dtecte par un systme magntique :
La protection contre les dfauts de mode commun est assure par un
dispositif diffrentiel rsiduel (DDR).
Seuil de dclenchement du
diffrentiel (sensibilit) :
Principe dun dispositif
de protection diffrentiel
Toute installation lectrique prsente des courants de fuite permanents la terre
=> Problme de dclenchement intempestif si le seuil est trop faible
6
11
GEL-22230
H05
DDR : differentiel rsiduel de dfaut
Tore magntique pour la dtection des
courants de fuite la terre
12
GEL-22230
H05
Analyse des spcifications
dun disjoncteur
Disjoncteur basse tension, forte puissance (sur www.squared.com)
Masterpact Merlin Gerin 800/6300A, tri et trtapolaire, 690V AC, PdC 40kA/150kA
7
13
GEL-22230
H05
Slectivit
La slectivit est totale si le disjoncteur en amont du dfaut fonctionne seul pour
toute valeur du courant de court circuit au point o il est plac (Icc).
La slectivit est partielle si pour certaines valeurs de courant, plusieurs
disjoncteurs peuvent souvrir.
Cest la coordination des dispositifs de protection pour qu'un dfaut soit limin
par le disjoncteur plac immdiatement en amont du dfaut.
Les principales techniques de slectivit :
la slectivit ampremtrique.
la slectivit chronomtrique.
la slectivit logique.
Recepteur 1 Recepteur 2
A
B C
14
GEL-22230
H05
Slectivit ampremtrique
(D
2
na pas de pouvoir de limitation)
Ir
2
Ir
1
Im
2
Im
1
D
2
D
1
D2 souvre
seul
D1 et D2
souvrent
Ir1
Im1
Ir2
Im2
La slectivit est totale si Icc
2
< Im
1
La slectivit est partielle si Icc
2
> Im
1
I
t
Pdc2
Ir : Calibre du disjoncteur
Im : seuil de rglage des
dclencheurs magntiques
Icc2 : court-circuit en aval de D
2
8
15
GEL-22230
H05
Slectivit ampremtrique
D
2
a un pouvoir de limitation
Ir1
Im1
Ir2
Im2
La slectivit est totale si Icc
2x
< Im
1
Ir : Calibre du disjoncteur
Im : seuil de rglage des
dclencheurs magntiques
Icc2 : court-circuit en aval de D
2
Icc2x : courant quivalent avec
leffet limitation
Courbe de limitation du disjoncteur D
2
Icc
2x
Im
1
I
t
Icc
2
Courant de court-circuit
presum sans limitation
16
GEL-22230
H05
Slectivit chronomtrique
Cette technique consiste retarder plus ou moins l'instant d'ouverture des
disjoncteurs en jouant sur le temps de fonctionnement des appareils (Ajout de
retardateurs dans le systme de dclenchement des disjoncteurs)
Les disjoncteurs doivent supporter les effets thermiques et lectrodynamiques du
courant pendant le temps de retard.
Tc
2
: dure de coupure de D2
Tnf
1
: temps de non-fonctionnement
de D1
L'action du dclencheur magntique
du disjoncteur D1 peut tre temporis
(rglage par crans).
Ir
2
Ir
1
Im
2
Im
1
D
2
D
1
I
t
Icc2
Tc
2
Tnf
1
D2 souvre seul (cran2)
cran0
cran3
cran2
cran1
La slectivit est totale si Tc
2
< Tnf
1
9
17
GEL-22230
H05
Slectivit logique
A
C
B
Relais 1
Relais 3
Relais 2
Un systme logique dfinit l'ordre de dclenchement en fonction de la localisation
du dfaut.
Mesure de lintensit
Information envoye vers les
relais des transformateurs en
amont Dfaut entre B et C
Surintensit observe par les relais 1 et 2
Le relais 1 reoit linformation que le
relais 2 envoit un ordre douverture du
disjoncteur B.
Si le disjoncteur B n'ouvre pas suite une
dfaillance, le relais de 1 donnera alors
l'ordre au disjoncteur A douvrir.
18
GEL-22230
H05
Slectivit ampremtrique
A
S=100kA
U
LL
=400V
M
D1 (courbe D, In=200A)
D2 (courbe D, In=50A)
D5 (courbe B)
D4
(courbe B)
D3
(courbe C)
3ph+N
3ph+N
3ph 3ph 3ph+N
Moteur
12A
Rsistance
14A
12A
B
C
D E F
0,6 kA Point G
1 kA Point D, E, F
1,4 kA Point C
2,1 kA Point B
3,14 kA Point A
Icc presum
Disjoncteurs divisionnaires hager
www.hager.com
Caractristiques des disjoncteurs ?
Slectivit entre D1 et D2 en cas de
dfaut au point C ?
Slectivit entre D2 et D3 en cas de
dfaut au point C ?
10
19
GEL-22230
H05
Protection contre les surcharges
La protection contre les surcharges est assure lorsque les conditions suivantes
sont remplies :
I
z
: courant admissible dans le conducteur protger
I
n
: courant nominal du dispositif de protection
I
b
: courant demploi du circuit (puissance installe)
K : coefficient dfini par le type et le calibre du dispositif protection
f : coefficient dinstallation (produit de plusieurs facteurs)
b n
n
z
I I et
f
I K
I

Ce coefficient correspond aux conditions dinstallation et denvironnement

rencontres (rseau quilibr ou non, temprature, mode de pose,
groupement de plusieurs conducteurs etc)
20
GEL-22230
H05
Courant admissible
par des conducteurs
Coura nt a dmis s ible
60 de gr C 75 de gr C 90 de gr C
Type s Type s
Gros s e ur Type RW 75 R90, RW 90
AWG / mm TW TW 75 TW 90
14 1,6276 15 15 15
12 2,0526 20 20 20
10 2,5883 30 30 30
8 3,2639 40 45 45
6 4,1148 55 65 65
4 5,1838 70 85 85
3 5,8268 80 100 105
2 6,5432 100 115 120
1 7,3482 110 130 140
0 8,2525 125 150 155
W = l'preuve de l'eau
T = Thermoplastique
R = Caoutchouc
NM = non mtallique
Teck90 = Cable arm tout usage peut tre
enfoui dans le sol dcouvert, dans des
endroits sec ou humide.
Le chiffre qui suit les lettres indique la
temprature maximale admissible du conducteur.
Lorsque aucun chiffre, prendre pour base 60
degrs C
De s igna tion Te ns ion nombre
nomina le de Gros s e ur
ma xima l conducte urs AWG
Te ck 90 5000 2 e t plus 14 002
NMD90 300 2, 3 ou 4 14 2
NMW 300 2, 3 ou 4 14 2
La grosseur des conducteurs de cuivre
ne doit pas tre infrieure 14 AWG
et celle des conducteurs d'aluminium
ne doit pas tre infrieure 12 AWG
Courant admissible pour un maximum de trois conducteurs en cuivre dans une
canalisation ou cble sur une base d'une temprature ambiante de 30 degr C
11
21
GEL-22230
H05
Chute de tension produite
par des conducteurs
S
L
R =
Cuivre : = 17,24 . mm/ km 20 C
Aluminium : = 28,26 . mm/ km 20 C
Dis ta nce e n me tre s pa rtir de la dis tribution
e n s uiva nt le tra c de s conducte urs ca lcul pour
a mp re s une te mp ra ture de s conducte urs de 20 de gr C
12 AWG 10 AWG 8 AWG 6 AWG 4 AWG
2.5 11.5 18.3 28.5 49.4 72.2
4.25 6.8 10.8 16.8 26.7 42.5
7 4.1 6.5 10.2 16.2 24.5
10 2.9 4.6 7.1 11.3 18
12 2.4 3.8 5.9 9.5 15
15 1.9 3.1 4.8 7.6 12
20 1.4 2.3 3.6 5.7 9
Longueur maximale Lt dun cble de deux conducteurs
pour une chute de tension de 5 % sous 6 V
Cas gnral pour
dterminer la longueur
maximale L dans des
conditions diffrentes
) (
) ( (%) ) (
) (
) (
5 6
A
A t V
m t
m
I
I P U
L
L
=
U : tension relle dutilisation
I : courant rel dutilisation
P: chute de tension en %
It : valeur du courant du tableau
Lt : Longueur issue du tableau
22
GEL-22230
H05
Protection contre les courants
de court-circuit maxi
La protection contre les courts-circuits maxi est assure lorsque les
deux rgles suivantes sont respectes :
RGLE DU POUVOIR DE COUPURE :
RGLE DU TEMPS DE COUPURE :
Pdc Icc
2

Icc
S k
t
Valeurs du coefficient k
suivant le type disolant
t en seconde (tmax < 5s), S section en mm
2
, Icc en Ampres
12
23
GEL-22230
H05
Courant de court-circuit
lextremit dune canalisation
Longueur de la canalisation en mtres
mm
2
24
GEL-22230
H05
Protection contre les courants
de court-circuit mini
Un court-circuit peut se produire lextrmit dune ligne. Dans ce cas, il
faut vrifier que le dispositif de protection plac lorigine de la ligne
coupe le courant de court-circuit dans un temps dtermin, avant la
dtrioration des conducteurs et de linstallation.
On parle de courant de court-circuit mini (Icc
mini
) car il est limite par
limpdance de la ligne.
Ia < Icc
mini
Pour un fusible :
Ia : courant de fusion du fusible
pour un temps de 5 secondes
Pour un disjoncteur :
Irm < Icc
mini
Irm : courant de fonctionnement
du magntique
13
25
GEL-22230
H05
Protection contre les courants
de court-circuit mini
Exemple : Longueur maximale de protection par disjoncteur de type B
On peut spcifier aussi une longueur maximale de ligne protge contre les courts-
circuits par un disjoncteur, dans certaines conditions.
conducteurs en cuivre
rseau triphas 400 V
Conditions dutilisation :
26
GEL-22230
H05
Tension et temps limites pour
la protection des personnes
Selon le type de local (sec ou humide),
on dfinit deux types de tension de
scurit (25 et 50V). Ces tensions de
scurit coulent dans le corps humain
un courant infrieur 30 mA.
Le danger du courant lectrique tant
fonction de sa dure de passage, le
tableau suivant fixe le temps de coupure
maximal du dispositif de protection en
fonction de la tension de dfaut.
Exemple : lors d'un dfaut dans un
local sec (UL = 50 V), si la tension de
contact vaut 120 V, le dispositif de
protection doit couper le circuit en
moins de 0,2 seconde.
Rsistance du corps humain : 2000 pour U
L
= 50 V et 1000 pour U
L
= 25 V
14
27
GEL-22230
H05
Protection des personnes
contacts directs et indirects
Contact direct : Personne est mise
accidentellement en contact avec :
2 conducteurs actifs
1 conducteur actif et une masse
conductrice relie la terre.
Consquence dune ngligence, dune
maladresse ou dun manquement aux
rgles de scurit.
Contact indirect : personne en contact
avec une masse mtallique mise
accidentellement sous tension par un
conducteur actif mal isol dune part, et une
masse conductrice relie la terre dautre
part.
Cest un accident gnralement li ltat du
matriel lectrique.
28
GEL-22230
H05
Schmas de liaison la terre
T.T.
I.T.
T.N. C
T.N. S
Fil de protection
PE et neutre reli
Fil de protection
PE et neutre spar
15
29
GEL-22230
H05
Protection contre les contacts directs
Les principales mesures de protection contre les contacts directs sont:
L'isolation des parties actives du matriel lectrique (gaine, cache bornes...).
La protection au moyen d'enveloppes et de barrires (coffrets, tableaux...).
qui permettent de rendre le matriel lectrique inaccessible.
L'utilisation de la trs basse tension de scurit (TBTS (infrieure 25 V).
L'installation de DDR haute sensibilit ( < ou gale 30 mA).
Quel que soit le rgime du neutre, le dfaut produit par un contact
direct doit tre limin ds son apparition
30
GEL-22230
H05
Schma T.T. :
Terres et Masses spares
Lapparition dun dfaut disolement
entrane une lvation dangereuse du
potentiel des masses.
Cela implique que linstallation soit pourvue
dun dispositif de coupure au 1er dfaut.
1 1
1
1
1
RA RB
V
Id et V
RA RB
RA
Uc
N
N
+
=
+
=
Si Uc U
L
Seuil de sensibilit du DDR
1 RA
U
n I
L

Gnralement Id < In
Protection par DDR
Slectivit totale entre 4 et 3 si
aval amont aval amont
tc tnf et n I n I 3
Le temps de fonctionnement de la protection doit tre
choisi en fonction de la tension de dfaut
16
31
GEL-22230
H05
Schma T.N.
Lapparition dun dfaut disolement se
traduit par un court-circuit phase-neutre.
Interdiction de couper le PEN
en schma TNC
Protection contre les contacts indirects
assure par les dispositifs de protection
contre les surintensits (fusibles et/ou
disjoncteurs)
Zd
V
Id
N 1
=
Id ou Id If < < Im
Courant de dfaut :
Zd : impdance de la boucle de dfaut
32
GEL-22230
H05
Schma T.N.
Protection contre les contacts indirects
Zd est difficile valuer
Approximation : 1) Les impdances en amont du dpart en dfaut,
provoquent une chute de tension de 20 %.
2) S < 120 mm
2
, les ractances sont ngligeables.
PEN ph
N
R R
V
Id
+

=
1
8 . 0
R
ph
: Rsistance du cble de phase
R
PEN
: Rsistance du cble de phase
R
ph
R
PEN
0.8V
1N
+
-
U
c
+
N
PEN ph
PEN
V
R R
R
Uc
1
8 . 0
+
=
La longueur des cbles doit tre limite : si L > Lmax alors Id < Im
( )
N
S
S
PH
V
S
L
PEN
PH
1
Im 1
8 . 0
+

ph
ph
ph
S
L
R =
PEN
PEN
PEN
S
L
R =
Im : courant du magntique
(courant de fonctionnement
du dispositif de protection)
17
33
GEL-22230
H05
Exemple
Etude dun dfaut en rgime TNC
PEN
1
2
3
L
=
8
0
m
In = 25A
Rn
fictive
N
D
Longueur du cble : 80 mtres
Section des conducteurs : 6 mm en cuivre
Courant nominal absorb par le rcepteur = 25 A
Rfrence du disjoncteur de protection (calibre 25 A)
HAGER MM513
PEN
ph
ph
ph
R
S
L
R = = = = 3 . 0
6
80
10 5 . 22
3
A
R R
V
Id
PEN ph
N
307
6 . 0
230 8 . 0 8 . 0
1
=

=
+

= V
V
Uc
N
92
2
8 . 0
1
= =
Courbe de scurit avec U
L
=50V t
dclen
< 450ms
Remarque: Lutilisation dun DDR est
impossible avec un rgime TNC. Il faut
passer un regime TNS
34
GEL-22230
H05
Exemple (suite)
Etude dun dfaut en rgime TNC
Pour Id =307A
On vrifie que le temps de dclenchement
est infrieur 450 ms
La scurit des personnes est bien assure
Est-elle toujours assure si on utilise
une longueur de cble de 300 m ?
Dans le cas contraire, il faut utiliser
le rgime TNS et une protection
diffrentielle
18
35
GEL-22230
H05
Schma I.T.
Lapparition dun dfaut disolement
nentrane pas une lvation de potentiel
dangereuse des masses.
Uc 0
Le dfaut doit tre signal et
limin.
Installation dun contrle
permanent disolement (CPI).
Lapparition dun deuxime dfaut
disolement ncessite des solutions
identiques aux schmas TT et TN
La longueur des cbles doit tre limite : si L > Lmax alors Id < Im
( )
N
S
S
PH
V
S
L
PE
PH
1
Im 1
4 . 0
+

36
GEL-22230
H05
Bibliographie
Schneider Electric : http://www.schneiderelectric.com
Cahier technique n
o
114
Les dispositifs diffrentiels rsiduels en BT
R. Calvas
Cahier technique n
o
172
Les schmas des liaisons la terre en BT (rgimes de neutre)
B. Lacroix, R. Calvas
Cahier technique n
o
173
Les schmas des liaisons la terre dans le monde et volutions
B. Lacroix, R. Calvas
Cahier technique n
o
201
Slectivit avec les disjoncteurs de puissance basse tension
J.P. Nereau
Disjoncteurs : www.hager.com
www.squared.com