A circuit Le disjoncteur est un dispositif de protection contre les surintensités (OCPD) conçu pour protéger les appareils électriques et les personnes contre les conditions de surintensité. Contrairement à la plupart des fusibles, circuit Les disjoncteurs peuvent être réinitialisés, ce qui en fait un choix populaire pour la protection contre les surintensités. circuit Les disjoncteurs utilisent un électroaimant et/ou un interrupteur bimétallique pour détecter une condition de surintensité.
Types et caractéristiques des disjoncteurs
A circuit disjoncteur peut être réinitialisé en déplaçant la manette du levier de déclenchement en position OFF complète, puis en remettant la manette en position ON. Les personnes doivent s'assurer que la source d'une surcharge est éliminée avant de tenter de réinitialiser un disjoncteur. Il existe trois types de circuit disjoncteurs différenciés par leurs mécanismes internes de déclenchement :
- Magnétique
- Thermique
- Thermo-magnétique
Quel que soit le mécanisme interne utilisé par un disjoncteur, la plupart des disjoncteurs se ressemblent extérieurement, à l'exception du circuit fusible du disjoncteur. Un fusible de disjoncteur est un OCPD à visser qui a les caractéristiques de fonctionnement d'un disjoncteur.
L'avantage d'un fusible de disjoncteur est que le fusible peut être réinitialisé après une surcharge. Les disjoncteurs sont disponibles dans une variété d'ampérages, mais le Tension est généralement évalué à 110 V pour les disjoncteurs résidentiels unipolaires ou à 220 V pour les disjoncteurs résidentiels bipolaires.
Figure 1. Les disjoncteurs sont disponibles dans un certain nombre de configurations, y compris des disjoncteurs unipolaires et bipolaires.
Pour accéder aux connexions du disjoncteur dans un panneau de service, le couvercle du panneau doit être retiré.
Magnétique
Un disjoncteur magnétique est un OCPD qui fonctionne en utilisant des électroaimants miniatures pour ouvrir et fermer les contacts. L'idée de base est présentée ci-dessous.
Figure 2. Les solénoïdes électromagnétiques sont un exemple d'utilisation de l'électromagnétisme pour effectuer un travail.
Comme vous pouvez le voir, un piston en fer est entouré d'une bobine de fil enrobée et un ensemble de contacts est attaché au piston en fer. Avec un courant électrique passé à travers la bobine, les contacts attachés au noyau de fer sont tirés vers la bobine. De cette manière, nous pouvons ouvrir ou fermer les contacts du solénoïde. Notez que la figure montre les contacts normalement ouverts et normalement fermés.
Comme illustré sur la figure 3, le champ magnétique produit peut être renforcé en augmentant le courant appliqué et le nombre de tours par unité de longueur ainsi qu'en insérant un noyau de fer à travers la bobine.
Figure 3. Un électroaimant peut être renforcé en augmentant la quantité de courant, en augmentant le nombre de tours dans la bobine et en insérant un noyau de fer à travers la bobine.
Un solénoïde dans un disjoncteur magnétique ouvre le circuit en fonction de la limite de courant du disjoncteur.
Lorsque le courant à travers la bobine dépasse la valeur nominale du disjoncteur, l'attraction magnétique devient suffisamment forte pour activer la poignée du levier de déclenchement et ouvrir le circuit. Voir la figure 4.
Figure 4. Dans un disjoncteur magnétique, le passage d'un courant électrique à travers la bobine fait que les contacts attachés au noyau de fer sont tirés vers la bobine. Le solénoïde d'un disjoncteur magnétique ouvre et ferme les contacts en fonction du niveau de courant.
Une fois la surcharge supprimée, la poignée du levier de déclenchement peut être remise à sa position d'origine, réactivant le circuit.
Thermique
Les disjoncteurs thermiques utilisent une bande bimétallique fixée à un mécanisme de verrouillage. La bande bimétallique est composée de deux métaux différents qui se dilatent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont chauffés. Le bilame se plie lorsqu'il est chauffé et ouvre les contacts. Voir la figure 5. Le bilame peut être chauffé directement par le courant du circuit ou indirectement par l'augmentation de la température provoquée par une augmentation du courant du circuit.
Figure 5. Les disjoncteurs thermiques utilisent une bande bimétallique fixée à un mécanisme de verrouillage pour ouvrir le circuit en cas de court-circuit ou de surcharge.
Les disjoncteurs thermiques sont conçus de telle sorte que la bande bimétallique se plie pour libérer le contact sous la tension du ressort en fonction de la quantité de courant continu qui le traverse. Le bilame doit refroidir et revenir à son état normal (taille) à température ambiante avant que le disjoncteur puisse être réarmé.
La protection thermique d'un circuit n'est pas instantanée. Il faut du temps pour chauffer la bande et pour que la bande se plie suffisamment pour provoquer l'ouverture des contacts. Un disjoncteur magnétique est utilisé dans les applications où ce retard peut endommager un circuit. Les disjoncteurs thermiques peuvent être réinitialisés en appuyant sur le bouton poussoir uniquement après le refroidissement du bilame.
Thermo-magnétique
Les disjoncteurs magnéto-thermiques comprennent à la fois une fonction de déclenchement magnétique pour la protection contre les courts-circuits et une fonction de déclenchement thermique pour la protection contre les surcharges, comme illustré à la figure 6.
Figure 6. Disjoncteur magnéto-thermique.
Les disjoncteurs magnéto-thermiques sont également appelés disjoncteurs à temps inverse. Comme l'indique le nom alternatif temps inverse, plus la surcharge est élevée, plus le temps qu'il faut au disjoncteur pour s'ouvrir est court.
Lorsqu'une condition de surcharge se produit, le courant excédentaire génère de la chaleur, qui est détectée par l'élément de détection de chaleur bimétallique. Après une courte période, en fonction de la valeur nominale du disjoncteur et du degré de surcharge, le disjoncteur se déclenchera, déconnectant la source de tension de la charge. En cas de court-circuit, le capteur électromagnétique réagit immédiatement au courant de défaut et déconnecte le circuit.
Disjoncteurs DC
Un disjoncteur CC est un OCPD qui protège les appareils électriques fonctionnant en CC et contient des mesures supplémentaires d'extinction d'arc.
Les disjoncteurs CC sont un sans souci à la plupart des propriétaires puisque la plupart des appareils utilisés dans une maison fonctionnent avec des disjoncteurs CA et CA. Les disjoncteurs CA généraux pour la maison sont conçus pour interrompre au-dessus de 6 kA. Certains fabricants produisent des disjoncteurs à double valeur CA / CC de 48 V CC à 125 V CC. Les disjoncteurs CC sont utilisés avec les contrôleurs logiques programmables (API) de 24 V CC à 48 V CC et dans les applications d'énergie éolienne.
Bien que les disjoncteurs CA et CC aient une forme et une fonction similaires, ils fonctionnent de manière très différente en interne. Lors d'une surcharge, les contacts internes des disjoncteurs CA et CC se séparent pour protéger le circuit. Cependant, au fur et à mesure que les contacts se séparent, un arc se forme lorsque le courant saute à travers l'entrefer créé. L'arc de contact est un arc électrique qui se produit lors de l'ouverture et de la fermeture des disjoncteurs. Voir la figure 7. Au fur et à mesure que l'arc continue de sauter à travers l'entrefer, le courant continuera à circuler dans le circuit. Ces arcs doivent s'éteindre rapidement.
Figure 7. L'arc de contact est un arc électrique qui se produit lors de l'ouverture et de la fermeture des disjoncteurs.
Les façons dont les disjoncteurs CA et CC sont conçus pour éteindre l'arc sont très différentes et c'est pourquoi les disjoncteurs CA et CC ne sont pas interchangeables. Seuls les disjoncteurs étiquetés DC doivent être utilisés pour les applications DC.
Un disjoncteur à courant alternatif ne doit jamais être utilisé dans un circuit CC. Les disjoncteurs CA ne sont pas conçus pour gérer les problèmes d'arc associés au CC. Les disjoncteurs CC comprennent des mesures supplémentaires d'extinction d'arc pour dissiper l'arc électrique lors de l'ouverture et de la fermeture et prolonger la durée de vie de l'appareil.
Suppression d'arc CC
Les arcs CC sont considérés comme les plus difficiles à éteindre, car l'alimentation continue en CC fait circuler le courant de manière constante et avec une grande stabilité sur un écart beaucoup plus large qu'une alimentation CA de tension égale, souvent indiquée dans des mesures telles que la valeur de crête et le RMS.
Pour réduire la formation d'arc dans les circuits CC, le mécanisme de commutation doit être tel que les contacts se séparent rapidement et avec suffisamment d'entrefer pour éteindre l'arc dès que possible lors de l'ouverture. Lors de la fermeture des contacts CC, il est nécessaire que les contacts se déplacent ensemble aussi rapidement que possible pour éviter certains des mêmes problèmes rencontrés lors de leur ouverture. Si un disjoncteur est de type DC, il sera indiqué sur le disjoncteur par les fabricants.
Figure 8. Certains disjoncteurs sont homologués AC / DC. Cette information sera clairement indiquée sur l'étiquette du fabricant.
Il est intéressant de mentionner que lorsqu'un court-circuit se produit aux bornes d'un circuit CC, le courant augmente du courant de fonctionnement au courant de court-circuit en fonction de la résistance et de l'inductance de la boucle court-circuitée.
Certains types de disjoncteurs sont homologués AC / DC pour une utilisation avec l'un ou l'autre type d'application. Cette information sera indiquée sur l'étiquette du fabricant.
Suppression d'arc CA
Un arc CA s'éteint automatiquement lorsque le jeu de contacts s'ouvre. Une alimentation CA a une tension qui inverse sa polarité 120 fois par seconde lorsqu'elle fonctionne sur une fréquence de ligne de 60 Hz. L'alternance permet à l'arc d'avoir une durée maximale ne dépassant pas un demi-cycle.
Le courant alternatif atteint zéro 60 fois par seconde. Voir la figure 8. Lorsque le courant alternatif atteint zéro, aucun courant ne circule et, par conséquent, l'arc s'éteint.
Figure 9. Lorsque le courant alternatif atteint zéro, aucun courant ne circule et, par conséquent, l'arc s'éteint.
Disjoncteurs comme OCPD
Un disjoncteur est un dispositif de protection contre les surintensités avec un mécanisme mécanique qui peut ouvrir automatiquement un circuit en cas de court-circuit ou de surcharge. Les disjoncteurs utilisent deux principes de fonctionnement pour protéger le circuit: thermique et magnétique.
Les disjoncteurs thermiques se composent d'un élément chauffant et d'un mécanisme de verrouillage mécanique. L'élément chauffant est généralement un bilame qui chauffe lorsque le courant le traverse.
Les disjoncteurs magnétiques utilisent un électro-aimant pour détecter une condition de surintensité. La plupart des disjoncteurs magnétiques contiennent des composants thermiques et magnétiques. Alors que les composants magnétiques protègent le circuit contre un courant de surcharge élevé ou des courants de court-circuit, les composants thermiques protègent le circuit contre un courant de surcharge constant qui n'est pas suffisant pour activer les composants magnétiques.
Un disjoncteur CC est utilisé pour protéger les appareils électriques fonctionnant en courant continu (CC) et contient des mesures d'extinction d'arc supplémentaires. Les disjoncteurs CC sont une technologie relativement nouvelle et sont utilisés dans les stations de recharge pour véhicules électriques, le photovoltaïque et les systèmes de stockage de batteries, ainsi que dans les réseaux de distribution CC industriels.