Garantir la protection du circuit électrique sans déclenchements intempestifs

Par Jack Smith

Enregistrer la qualité d'énergie du réseau triphasé avec le Fluke 1750
Enregistrez la qualité d'énergie du réseau triphasé et surveillez les perturbations électriques avec l'enregistreur de qualité d'énergie Fluke 1750 et le logiciel Fluke Power Analyze. Ces instruments enregistrent automatiquement les paramètres de qualité d'énergie et captent le moindre événement, cycle après cycle, sans interruption.

Chaque bâtiment, qu'il soit commercial, institutionnel, administratif ou industriel, connait tôt ou tard une situation de surintensité. À moins qu'ils ne soient traités rapidement, même des niveaux modestes de surintensité peuvent faire surchauffer des composants du système et endommager les isolations, conducteurs et équipements. Si elle est assez importante, une surintensité peut détruire l'isolation du système et en faire fondre les conducteurs. Le courant de défaut et les courts-circuits peuvent également engendrer des incendies, des explosions et des arcs électriques pouvant causer des blessures ou même la mort du personnel.

L'électricité est distribuée à une tension souvent supérieure aux besoins des bâtiments. Les transformateurs réduisent la tension de transport à une tension moyenne. Si un bâtiment utilise une tension moyenne pour des équipements comme de gros moteurs, l'énergie est distribuée à travers des systèmes de commutation à tension moyenne. Néanmoins, la grande majorité des utilisations non résidentielles, les transformateurs secondaires de sous-station, réduisent la tension d'entrée en basse tension. Bien que l'IEEE définisse les systèmes à basse tension comme ceux fonctionnant avec moins de 1 000 V, la plupart des applications industrielles fonctionnent avec 600 V ou moins.

Selon le type de bâtiment, le système de commutation à basse tension distribue le courant aux circuits de dérivation via les circuits d'alimentation. Les circuits de dérivations peuvent inclure des centres de contrôle et de commande des moteurs, des centres d'alimentation et même des équipements associés tels des modules de mesure, des condensateurs et des filtrages d'harmoniques.

Certaines installations plus importantes peuvent avoir besoin de réserves pour s'assurer que les applications critiques disposent d'un approvisionnement fiable en électricité. Les installations peuvent posséder une alimentation électrique secondaire, produire de l'énergie sur place ou utiliser des générateurs de secours, généralement activés par un commutateur automatique.

Les équipements, tout particulièrement dans les installations industrielles, nécessitent une tension de 480 V pour fonctionner. Pour les tableaux de contrôle et d'éclairage, la tension est réduite à nouveau et convertie d'un courant triphasé en un courant monophasé. Il existe différentes transformations au niveau des transformateurs pour simplifier un circuit triphasé. Néanmoins, la transformation triangle-étoile est la plus commune pour une utilisation industrielle. Un transformateur triphasé connecté en transformation triangle-étoile (208 Y/120 V) avec son transformateur secondaire produit 208 V de phase à phase (A à B, B à C ou A à C) et 120 V pour n'importe quelle phase au neutre.

Surcharges et courts-circuits

Lorsque le courant dépasse la valeur en ampères des conducteurs, de l'équipement ou des appareils électriques, il s'agit d'une situation de surintensité. Les installations ont besoin d'appareils qui protègent les circuits et les équipements de la surintensité.

La surintensité comprend les surcharges et les courts-circuits. Lors d'un court-circuit, le courant électrique contourne la charge et prend le chemin offrant le moins de résistance. Un câblage défectueux, des connexions d'équipements inadaptées ou une défaillance de l'isolation peuvent provoquer des courts-circuits. L'amplitude du courant de défaut peut varier de quelques centièmes d'ampère à plus de 200 kA. Elle est déterminée par l'impédance du système (résistance AC).

Dans des conditions normales, la charge connectée détermine l'amplitude normale du courant du circuit. Une surcharge existe dès que la valeur normale du courant du circuit est dépassée et qu'il n'y a aucun court-circuit. Si on laisse perdurer une surcharge, elle peut endommager les câblages ou les équipements. Les surcharges temporaires peuvent être inoffensives ; cependant, les surcharges prolongées peuvent engendrer des dommages.

Pousser momentanément un équipement au-delà de ses limites peut causer des surcharges temporaires. Par exemple, si une boîte se coince dans l'angle d'un tapis roulant, le moteur du tapis roulant peut consommer plus de courant qu'en temps normal. Si la boîte se débloque ou si quelqu'un la repositionne, la surcharge est temporaire. Les surcharges temporaires sont fréquentes. Elles sont généralement sans danger et il est conseillé de les laisser revenir à la normale. Les dispositifs de protection contre la surintensité ne doivent pas ouvrir le circuit, mais permettre aux charges de se stabiliser.

Des équipements mécaniques entraînés électriquement qui sont continuellement en surcharge, des roulements défectueux ou des défaillances d'équipements peuvent causer des surcharges prolongées. Installer des équipements ou des circuits d'éclairage qui augmentent la demande en courant au-delà de la capacité prévue peut également provoquer des surcharges prolongées.

Protection contre l'utilisation excessive de courant

Les dispositifs de protection les plus souvent utilisés contre la surintensité sont les fusibles et les disjoncteurs. Avec les fusibles, il est nécessaire d'utiliser un sectionneur séparé. Les fusibles sont conçus pour ouvrir le circuit uniquement en cas de surintensité. Lors de l'utilisation de disjoncteur, un sectionneur séparé n'est pas nécessaire, car les disjoncteurs peuvent être ouverts ou fermés manuellement.

Certaines personnes pensent qu'un fusible s'ouvre dès lors que le courant y circulant dépasse sa valeur nominale. Néanmoins, un fusible possède habituellement une caractéristique temps-courant inversement proportionnelle. Ce qui signifie que plus le courant est élevé, plus le fusible s'ouvre rapidement. La caractéristique temps/courant du fusible ne peut pas être réglée.

La caractéristique temps/courant de certains disjoncteurs peut être ajustée. Par exemple, la plupart des disjoncteurs de circuits à basse tension disposent d'un déclenchement adaptable. Le temps de déclenchement peut être long ou court selon le réglage du déclencheur. Il est important de s'assurer que les déclencheurs des disjoncteurs sont réglés en fonction de l'étude réalisée par le concepteur du système électrique de l'installation ou par un ingénieur électricien qualifié.

Coordonner des dispositifs de protection

Une étude de coordination consiste à sélectionner les dispositifs de protection appropriés en fonction de leur seuil de court-circuit et de leurs réglages, le cas échéant. Un système de protection bien coordonné protège non seulement les câbles et les équipements électriques des dommages, mais il isole et interrompt également les courants de défaut, tout en garantissant une alimentation maintenue dans les dérivations du système électrique non affectées. Une bonne coordination des dispositifs de protection fournit l'équilibre parfait entre protection du système et sélectivité.

Une coordination sélective isole efficacement un circuit d'une surcharge ou d'une défaillance du reste du système électrique et réduit ainsi les temps d'arrêt dus aux déclenchements intempestifs. Seul le dispositif de protection en amont le plus proche du défaut se déclenche. Si le système n'est pas coordonné avec attention, il est possible qu'un circuit avec un seul défaut entraîne l'arrêt d'une partie ou de toute une installation.

Durant l'étude de coordination, l'électricien examine la courbe temps/courant pour tous les dispositifs de protection sur chaque dérivation du système électrique d'une installation. Pour les disjoncteurs, le technicien « superpose » les courbes temps/courant pour s'assurer que les courbes ne se chevauchent pas à un certain courant de défaut. Pour les fusibles, la coordination est possible tant que le concepteur du système électrique respecte les ratios recommandés par le fabricant des fusibles et que les personnes en charge de la maintenance ne substituent pas les fusibles existants par d'autres avec une classe, un type ou un calibre différents.

Une bonne coordination n'est possible que si une bonne étude de coordination a été réalisée. Et une bonne étude de coordination n'est possible que si l'installation dispose d'une documentation précise sur son système électrique.

Pour proposer des sujets que vous souhaiteriez voir abordés ici ou pour commenter cet article ou un autre article de la rubrique « Solid Ground », envoyez-moi un email à l'adresse [email protected].

En attendant, continuez de vous reposer sur des « Bases solides ».

Informations complémentaires