Les surintensités et leurs protections

I° - Les surintensités.
On appelle ‘Surintensités’ tout courant supérieur à la valeur assignée (valeur nominale ou normale
d’emploi) .
Les surintensités sont engendrées par deux causes essentielles,dues un mauvais fonctionnement du
circuit électrique, ces deux causes sont:
- Le court-circuit ( courant très important quelques dizaines ou centaines de fois l’intensité nominale)
- Les surcharges ( courant légérement supérieur à l’intensité nominale < 10 fois )
Les surintensités sont donc succeptibles de causer aux circuits électriques des dommages qui peuvent
aller jusqu'à la destruction complète de l'installation.

II° - Les effets des surintensités.

Les surintensités produisent des effets différents selon la nature du défaut qui les engendre. Cependant
dans les deux types de surintensités il y a des problèmes d'échauffement (effet Joule W = R . I2 . t , avec
R :résistance de l’appareillage et des conducteurs et « I » intensité efficace ).

2.1° Effets provoqués par les surcharges.

Les surcharges entrainent à la longue une détérioration des isolants des conducteurs,
lesquels,surchauffés,évacuent leurs calories vers l'extérieur à travers la gaine isolante faite très souvent de
matière thermoplastique,donc sensible à la chaleur. Ces échauffements lors des surcharges, en l'absence
d'appareils de protection, accélèrent le veillissement des isolants et diminuent leurs propriétés
diélectriques (isolantes ). Dans ce cas là ,il n’y a aucun changement physique (pas de fusion) de l’état du
cuivre ou de l’aluminium conducteur ,seul l’isolant est affecté!

2.2° Effets provoqués par les courts-circuits.

 Effet thermique:
Les courts-circuits ont des effets très violents dans un laps de temps très court et sont, en principe,plus
facilement maitrisés que les surcharges. Cependant,en l'absence d'appareils de protection ou en cas de
mauvais fonctionnement de celui-ci, les courts-circuits sont succeptibles de provoquer au niveau de
l'installation un tel dégagement d'énergie calorifique que celui-ci provoquerait la fusion des conducteurs
et de l'appareillage (risque d’incendie).

 Efforts électrodynamique.
Ces efforts dus à des causes électromagnétiques se transforment contraintes mécaniques sur les
canalisations ,notamment sur celles qui sont proches des sources(transformateurs) dans les tableaux de
départ.
On exprime la force par (loi de Laplace):
F1 barre d'attache

i1

d court-circuit
i2

F2

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 Les surintensités et leurs protections

Ces efforts peuvent donc;rapprocher ou éloigner les conducteurs selon que les courants qui les traversent
sont de même sens ou de sens opposé. Si l'intensité est vraiment très élevée ont peut aller jusqu'à
l'arrachement des conducteurs.

III°- Principe de protection. Notion de contrainte thermique.

La protection de l'installation sera considérée comme efficace, si quelque soit le défaut on n'atteint pas
l'énergie de détérioration qui est liée à la contrainte thermique.

- Contrainte thermique:
 On appelle contrainte thermique le produit "I2.t" .C'est pour cela qu'il est important de contrôler la
valeur de l'intensité,mais aussi son temps de passage.
 La contrainte thermique est l’image de l’échauffement provoqué par le passage de l’intensité efficace
pendant un temps « t »

Exemple: limites de contraintes thermiques d'un câble.

Chaque câble électrique est caractérisé par sa contrainte thermique maximale qu'il peut accepter sans que
le veillissement des isolants s'accélère (donc avant le temps « t1 » sur la courbe ci-dessous figure 1).

t co u rb e à tem p s in v erse
caracté risan t la co n train te
(i ².t) d u câb le

zo n e ou le
v eilliss em en t
d e l'iso lan t d u câb le s 'accélè re
Pour information:
t1 La courbe définissant la contrainte thermique du
Fig .1 câble répond à l'expression suivante:

I2 x t = k x S
Id I
S : section en mm² du câble
A llu re d e la co u rb e caractérisan t la con train te th erm iq u e k : coefficient de l'isolant
d 'u n câ b le
115 pour PVC + cuivre
135 pour PRC + cuivre
I : courant efficace en Ampères

IV°- Définition de la protection.

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 Les surintensités et leurs protections

Les dispositifs de protections seront caractérisés par le fait; qu’il doivent contrôler la valeur de la
surintensité mais aussi son temps de passage ,c’est à dire qu'il devront interrompre l'énergie de défaut
avant que la contrainte thermique maximale des conducteurs et de l’appareillage de l'installation soit
atteinte.( figure 2)
F1 F2 bonne ad ap tation
de la p rotection F 1 à la
t protection du câb le

m au vaise ad aptation
de la p rotection F 2 à la
protection du câb le

2
I t
m ax
d u câb le
Fig .2

 Pour ce faire,ces dispositifs comprendront nécéssairement un capteur d'intensité et selon la fonction de

l'appareil, ils informeront (relais de protection) ou mettront hors énergie la partie en défaut (contacts
d’un disjoncteurs , fusibles etc...)

En observant la figure 2 , on en déduit la règle suivante pour le choix du fusible de protection :

 Fusible F1: la contrainte thermique de F1 «  I² .t (F1) » est inférieure au « I² .t (câble) » dans toute la
plage  bonne protection.

 Fusible F2: la contrainte thermique de F2 « I² .t (F2)  » est supérieure au « I² .t  (câble)  » dans certaines
parties de la plage mauvaise protection.

Règle : Pour une bonne protection  I² .t (protection)  <  I² .t (appareillage + conducteur etc...) 

V°- Coordination des protections.

C'est l'association entre dispositifs de protection ,pour protéger l'installation à la fois contre les courts-
circuits et à la fois contre les surcharges.

5.1° Premier Exemple

Association relais thermique/fusibles ,protection classique d'une installation de force motrice.

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 Les surintensités et leurs protections

t Relais
thermique
Remarques: le point de coordination entre les
deux protections est aussi le pouvoir de
zone ou le coupure que doit avoir le contacteur permettant
veillissement
de couper la surcharge
du câble s'accélère

point de coordination
Zone 1 : courants de surcharges.

Zone 2 : courants de courts-circuits.

Fusible
aM

Ir PdC
du relais du fusible
thermique

1 2

Notion de pouvoir de coupure.

Le pouvoir de coupure d'un contact ou fusible (P.d.C) est la capacité de celui-ci à interrompre un courant
électrique sans détérioration.
(En effet lors de l'ouverture d'un contact électrique il se produit un arc électrique, le P.d.C de se
contact garanti la possibilité d'extinction de cet arc, si la surintensité est supérieure au P.d.C du
contact que doit interrompre celui-ci, l'arc électrique ne s'éteindra pas et il y aura destruction de ce
contact par soudage et donc non interruption de la surintensité)

5.2° Deuxième exemple:

Protection par un disjoncteur « magnétothermique » Association dans le même appareil la fonction
« Magnétique » protection court-circuit. et la fonction « Thermique » protection pour les
surcharges

 Symbôle normalisé d’un disjoncteur magnétothermique triphasé.

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 Les surintensités et leurs protections

Pôles de
puissance (haut
élément de détection
pouvoir de
thermique
coupure)
10 0 0 0 CO UR B E D E D E CL E NCHE M E N T
5 00 0 D U D ISJ O N CTE U R M AG N E TOTHE R M IQ U E
1h
2 00 0
élément de détection 1 00 0
5 00
magnétique 2 00
1 00
50
20
10
5
2
1
0 .5
0 .2
0 .1
0 .0 5
0 .0 2
0 .0 1
0 .0 0 5

0 .0 0 2
0 .0 0 1
I/In
0 .5 1 2 3 4 5 7 10 2 0 30 50 7 0 1 00 20 0

zo n e d e p ro te ctio n zo n e d e p ro tec tio n

th e rm iq u e (s u rch arg e ) m ag n é tiq u e :c o u rt-c irc u it

(Vous remarquerez que la fonction « détection du défaut et la fonction ouverture du circuit sont solidaire et tout deux placés
au niveau du circuit de puissance! )

TABLEAU RECAPITULATIF LIE AUX PROBLEMES DE LA PROTECTION.

PERTURBATIONS CAUSES EFFETS PROTECTIONS ASSOCIÉES

- Accroissement du courant - Contacteur avec relais thermique.

SURCHARGES - Calage du rotor
(d’originemécanique) - Couple plus important à fournir à la - échauffement anormal des - Disjoncteur
charge bobinages moteur et de la ligne (élément thermique)
d’alimentation

NB: ( caractéristique de
- Surtension - Veillissement prématuré des isolants fonctionnement à temps inverse: plus
SURCHARGES - manque de phase le courant augmente plus le temps de
(d’origine électrique) -déséquilibre de phase coupure diminue)
- multiplication de récepteurs
sur un départ non adapté
- Fusible de type gI (gG)

- contact entre phases - Arc électrique - Relais magnétique

(ou phase/neutre)
- échauffement important qui peut - Fusible aM
(peut-être dû à un défaut d’isolement) provoquer la fusion des conducteurs. - Fusible de type gI (gG)

COURT-CIRCUIT - Création d’efforts - disjoncteur

électrodynamiques (élément magnétique)

NB: Il faut :
 pouvoir de coupure > Icc
 temps de coupure < contrainte

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Les surintensités et leurs protections
thermique de l’appareillage et
conducteurs