Découvrez la protection contre les surintensités et les OCPD (dispositifs de protection contre les surintensités).
Dans cet article, nous aborderons les types de surintensités, les dispositifs de protection contre les surintensités et leur place dans un circuit électrique.
- Types de surintensité
- Surintensité de surcharge
- Surintensité de court-circuit
- Figure 1. Relations de tension des trois lignes d’alimentation du secondaire d’un transformateur de puissance de service résidentiel CA monophasé
- Figure 2. Relations de tension des quatre lignes d’alimentation du secondaire d’un transformateur de puissance de service commercial ou industriel triphasé à courant alternatif
- Surintensité de défaut de terre
- Protection contre les surintensités
- Figure 3. Protection contre les surintensités fractionnée pour un circuit de transformateur
- La forme et la fonction des dispositifs de protection contre les surintensités
- Figure 4. Dispositifs de protection contre les surintensités
- Figure 5. Le système de distribution d’énergie électrique dans un bâtiment
Types de surintensité
Les trois principales catégories ou types de surintensité sont la surcharge, le court-circuit et le défaut à la terre.
Surintensité de surcharge
La surintensité de surcharge est auto-définie: Tout courant supérieur au courant de charge nominale est en fait une surcharge. Une surcharge se produit lorsqu’un circuit électrique, que ce soit par la conception originale d’un nouveau circuit ou par la modification d’un circuit existant, est nécessaire pour transporter un courant de charge supérieur à l’ampacité de charge nominale des conducteurs du circuit.
Par exemple, un circuit de dérivation de 20 a est modifié avec une lampe supplémentaire, ce qui augmente le courant de charge à 22 a: il s’agirait d’une surcharge de circuit.
Des conditions de surcharge peuvent survenir au niveau du service, de l’alimentation ou du circuit de dérivation du système de distribution d’énergie électrique d’un bâtiment.
Une surintensité de surcharge électrique se produit également lorsqu’un moteur est surchargé mécaniquement. Cela peut être causé par un frottement excessif dans ses surfaces d’appui internes, un excès de chaleur (dû à une température ambiante élevée ou à une autre défaillance), ou par la fixation ou une autre surcharge mécanique dans l’équipement d’utilisation qu’il entraîne. La surcharge est une situation de surintensité contrôlée, normalement de faible magnitude.
Surintensité de court-circuit
Les courants de court-circuit (ainsi que les courants de défaut à la terre, que nous aborderons ensuite) sont des surintensités de défaut de grande amplitude qui, en effet, placent une faible résistance en parallèle avec l’impédance de la ou des charges connectées. La surintensité de court-circuit implique normalement une connexion croisée accidentelle d’au moins deux conducteurs de circuit (alimentation et retour). Cela place un court-circuit à travers l’enroulement du transformateur d’alimentation.
Les figures 1 et 2 représentent les alimentations de transformateur les plus courantes d’une structure.
La figure 1 est le dessin d’une alimentation en courant alternatif monophasé à 3 fils de 120/240 volts d’un bâtiment tel qu’une maison ou une petite installation industrielle). Un seul enroulement primaire dans le transformateur alimente (par induction) deux enroulements de 120 volts câblés en série dans le secondaire. Une charge d’équipement d’utilisation fonctionnera à 240 volts lorsqu’elle est connectée entre les deux extrémités des deux enroulements de 120 volts connectés en série. Une charge d’équipement d’utilisation fonctionnera à 120 volts lorsqu’elle est connectée entre les deux extrémités des deux enroulements de 120 volts connectés en série et le troisième fil partagé par les deux enroulements (voir Figure 1).
Figure 1. Relations de tension des trois lignes d’alimentation du secondaire d’un transformateur de puissance de service résidentiel CA monophasé
Un système de distribution d’énergie électrique CA triphasé, comme le montre la figure 2, aura normalement une valeur de surintensité de court-circuit plus élevée car le court-circuit impliquera normalement plus d’un enroulement de transformateur CA monophasé.
Figure 2. Relations de tension des quatre lignes d’alimentation du secondaire d’un transformateur de puissance de service commercial ou industriel triphasé à courant alternatif
Surintensité de défaut de terre
La surintensité de défaut de terre est également une condition de court-circuit qui affecte normalement un seul des conducteurs du circuit et le chemin de roulement métallique mis à la terre ou le boîtier de l’équipement de distribution ou d’utilisation électrique.
Une surintensité de défaut de terre ne peut se produire que si le système de distribution d’énergie électrique du bâtiment ou de la structure est référencé à la terre. La « mise à la terre de référence » nécessite la connexion commune d’une extrémité d’un ou de plusieurs enroulements de transformateur CA monophasé (configuration de transformateur en triangle) à un système d’électrodes de mise à la terre, créant à la fois des conducteurs de circuit / d’alimentation mis à la terre et non mis à la terre.
L’amplitude de la surintensité de défaut à la terre est normalement inférieure à l’amplitude de la surintensité de court-circuit disponible à partir du même transformateur. Le court-circuit peut être à travers deux enroulements CA monophasés de transformateur ou plus. La surintensité de défaut à la terre n’affecte normalement qu’un seul enroulement CA monophasé dans le transformateur alimentant l’état défaillant.
Les courants de court-circuit et de défaut à la terre sont des surintensités de grande amplitude causées par une connexion parallèle accidentelle à faible résistance à la résistance de charge connectée. Sans une certaine forme de dispositif de protection contre les surintensités installé en série avec les conducteurs du circuit, la seule limite de la surintensité de défaut est la résistance du conducteur et la quantité d’énergie disponible du transformateur.
Protection contre les surintensités
Comme le montre la figure 3, la protection complète contre les surintensités des conducteurs et de la charge connectée ne peut être assurée que par un fusible ou un disjoncteur installé à l’endroit où le circuit prend naissance (ou où il reçoit son alimentation).
Si un OCPD est situé en aval de l’alimentation, la protection contre les surintensités est techniquement subdivisée avec une protection contre les courts-circuits et les défauts de terre située en amont, ainsi qu’une protection séparée contre les surcharges située en aval. Les fusibles ou disjoncteurs situés en aval assurent une protection complète contre les surintensités pour tous les circuits ou équipements situés du côté de leur charge, tout en assurant uniquement une protection contre les surcharges pour leur circuit côté ligne ou alimentation.
Figure 3. Protection contre les surintensités fractionnée pour un circuit de transformateur
La forme et la fonction des dispositifs de protection contre les surintensités
Un circuit électrique comporte trois composants principaux: une source d’alimentation, une charge et une connexion entre les deux.
Ces trois composants principaux sont complétés par un moyen de commande MARCHE/ARRÊT et un moyen de commande limite. Les deux types de contrôle limitent la quantité de courant qui peut circuler dans le circuit. Le moyen de commande MARCHE/ ARRÊT se présente normalement sous la forme d’un interrupteur (manuel, automatique, électronique ou électromécanique). Le moyen de contrôle de la limite est normalement un dispositif de protection contre les surintensités, qui au niveau de la distribution de l’énergie électrique est un fusible ou un disjoncteur (comme on le voit à la figure 4).
Figure 4. Dispositifs de protection contre les surintensités
Comme le montre la figure 5, le système de distribution d’énergie électrique dans un bâtiment ou une autre structure a trois classifications principales: le service, les circuits d’alimentation et les circuits de dérivation.
En général, les conducteurs de tous ces circuits doivent être munis d’un moyen de protection contre les surintensités au point où ils reçoivent leur alimentation électrique. L’OCPD doit être installé conformément aux exigences du Code national de l’Électricité. Les conducteurs et la charge connectée qu’ils alimentent doivent être protégés à l’ampérage correct.
Figure 5. Le système de distribution d’énergie électrique dans un bâtiment
L’ampacité nominale des conducteurs, le courant nominal à pleine charge de la charge connectée et la taille ou la charge nominale de l’OCPD sont interdépendants. Le courant nominal à pleine charge de la charge connectée dicte la taille (par ampacité nominale) des conducteurs d’alimentation et l’estimation ou le réglage de l’OCPD.
De la même manière, la valeur nominale ou le réglage de l’OCPD et l’ampacité nominale des conducteurs du circuit dictent le courant maximal à pleine charge pouvant être fourni par le circuit de service, d’alimentation ou de dérivation. Toute amplitude de courant supérieure à l’ampacité nominale des fils de transport ou au courant de charge nominale de l’équipement d’utilisation électrique – tels que les luminaires, les moteurs ou les transformateurs — est décrite comme une surintensité.
Le but principal d’un dispositif de protection contre les surintensités de circuit (un fusible, un disjoncteur ou tout autre type de dispositif de limitation de courant) est de limiter la température des conducteurs du circuit à une valeur qui n’endommagera pas les conducteurs ou leur isolation. Ceci est réalisé en limitant la quantité (valeur) de courant que les conducteurs sont tenus de transmettre. La protection des conducteurs du circuit contre la surchauffe en limitant la quantité de courant que les conducteurs doivent transmettre protège intrinsèquement l’équipement de distribution et d’utilisation électrique fourni (la charge connectée) des effets de surintensité.