Comprendre les courbes de déclenchement
Introduction
Les courbes de déclenchement, alias Courbes de Courant temporel, peuvent être un sujet intimidant. Le but de ce court article est de vous présenter le concept de courbes de voyage et d’expliquer comment les lire et les comprendre.
Qu’est-ce que l’UL?
Underwriters Laboratories (UL) a été créé en 1894 sous le nom de Underwriters Electrical Bureau, un bureau du National Board of Fire Underwriters. UL a été fondée principalement pour fournir des tests et une certification indépendants pour la sécurité incendie des produits électriques. Ces produits comprennent des dispositifs de protection de circuit discutés dans cet article.
Dispositifs de protection de circuit
La protection de circuit est utilisée pour protéger les fils et les équipements électriques contre les dommages en cas de surcharge électrique, de court-circuit ou de défaut de terre. Des orages, des prises de courant surchargées ou une surtension électrique soudaine peuvent entraîner une situation dangereuse susceptible de provoquer un incendie, des dommages à l’équipement ou des blessures corporelles. La protection du circuit est conçue pour éliminer ce risque avant qu’il ne se produise en coupant l’alimentation du circuit.
Qu’est-ce qu’une courbe de déclenchement ?
En termes simples, une courbe de déclenchement est une représentation graphique du comportement attendu d’un dispositif de protection de circuit. Les dispositifs de protection de circuit se présentent sous de nombreuses formes, notamment des fusibles, des disjoncteurs miniatures, des disjoncteurs à boîtier moulé, des protecteurs supplémentaires, des disjoncteurs de protection de moteur, des relais de surcharge, des fusibles électroniques et des disjoncteurs à air.
Les courbes de déclenchement tracent le temps d’interruption des dispositifs de surintensité en fonction d’un niveau de courant donné. Ils sont fournis par les fabricants de dispositifs de protection de circuit pour aider les utilisateurs à sélectionner des dispositifs offrant une protection et des performances appropriées de l’équipement, tout en évitant les déclenchements intempestifs.
Différents Types de Courbes de déclenchement
Pourquoi avons-nous besoin de courbes de voyage différentes?
Les disjoncteurs doivent se déclencher assez rapidement pour éviter une défaillance de l’équipement ou du câblage, mais pas au point de donner des déclenchements faux ou gênants.
Pour éviter les déclenchements intempestifs, les disjoncteurs doivent être dimensionnés de manière appropriée pour compenser le courant d’appel. La NEMA définit l’appel de crête instantané comme le transitoire de courant momentané qui se produit immédiatement (dans un demi-cycle alternatif) après la fermeture du contact.
Le courant d’appel est ce qui fait que les lumières s’éteignent dans une maison lorsqu’un moteur, comme celui d’un sèche-linge ou d’un aspirateur, démarre.
La figure 2 (ci-dessous) est un exemple du courant d’appel pour un moteur à courant alternatif.
Comme le montre le graphique, le courant d’appel provoqué par la mise en marche du moteur est de 30A. Il est beaucoup plus élevé que le courant de fonctionnement ou à l’état stationnaire. Le courant d’appel culmine, puis commence à se désintégrer lorsque le moteur tourne.
Nous avons besoin de différentes courbes de déclenchement afin d’équilibrer la bonne quantité de protection contre les surintensités contre un fonctionnement optimal de la machine. Le choix d’un disjoncteur avec une courbe de déclenchement qui se déclenche trop tôt peut entraîner un déclenchement gênant. Le choix d’un disjoncteur qui se déclenche trop tard peut entraîner des dommages catastrophiques à la machine et aux câbles.
Comment fonctionne un MCB?
Pour comprendre une courbe de déclenchement, il est utile de comprendre le fonctionnement d’un disjoncteur miniature ou d’un dispositif de protection contre les surintensités. La figure 3 ci-dessous montre l’intérieur d’un disjoncteur miniature (MCB).
Avec à la fois une bande bimétallique (2) et une bobine magnétique / solénoïde (6), un disjoncteur miniature peut être deux types distincts de dispositif de protection de circuit en un. La bande bimétallique offre une protection contre les surcharges en réponse à des surintensités plus petites, généralement 10 fois le courant de fonctionnement. La bande métallique est constituée de deux bandes de métaux différents, formées ensemble, qui se dilatent à des vitesses différentes lorsqu’elles sont chauffées. En situation de surcharge, la bande bimétallique se plie et ce mouvement actionne un mécanisme de déclenchement et rompt (ouvre) le circuit. La bande convertit un changement de température en déplacement mécanique.
La bobine magnétique ou le solénoïde (6) réagit à des surintensités rapides et plus élevées causées par des courts–circuits, généralement supérieures à 10 fois le courant de fonctionnement – jusqu’à des dizaines ou des centaines de milliers d’ampères. Le courant élevé provoque un champ magnétique généré par la bobine, déplaçant rapidement le piston interne (en quelques microsecondes) pour déclencher le mécanisme de l’actionneur et rompre le circuit.
La Courbe de déclenchement
Figure 4 (ci-dessous) est un graphique de courbe de déclenchement.
- L’axe X représente un multiple du courant de fonctionnement du disjoncteur.
- L’axe Y représente le temps de déclenchement. Une échelle logarithmique est utilisée pour afficher les heures de.001 secondes jusqu’à 10 000 secondes (2,77 heures) aux multiples du courant de fonctionnement.
La figure 5 (ci-dessous) montre une courbe de déclenchement B superposée au graphique. Les trois composantes principales de la courbe de déclenchement sont:
- Courbe de Déclenchement thermique. Il s’agit de la courbe de déclenchement de la bande bimétallique, qui est conçue pour des surintensités plus lentes afin de permettre la précipitation / le démarrage, comme décrit ci-dessus.
- Courbe de déclenchement magnétique. Il s’agit de la courbe de déclenchement de la bobine ou du solénoïde. Il est conçu pour réagir rapidement à de grandes surintensités, telles qu’une condition de court-circuit.
- La Courbe De Déclenchement Idéale. Cette courbe montre quelle est la courbe de déclenchement souhaitée pour la bande bimétallique. En raison de la nature organique de la bande bimétallique et des conditions ambiantes changeantes, il est difficile de prédire avec précision le point de déclenchement exact.
Comment une courbe de déclenchement se rapporte-t-elle à un disjoncteur réel?
La figure 6 (ci-dessous) montre comment les composantes internes du MCB se rapportent à la courbe de déclenchement.
Le haut du graphique montre la courbe de déclenchement thermique de la bande bimétallique. Il nous indique qu’à 1,5X le courant nominal, le déclenchement le plus rapide du disjoncteur est de quarante secondes (1). Quarante secondes à 2 FOIS le courant nominal est le déclenchement le plus lent du disjoncteur (2).
Le bas du graphique correspond au déclenchement magnétique de la bobine/solénoïde ; 0,02 à 2,5 secondes à 3 fois le courant nominal est le déclenchement le plus rapide du disjoncteur (3). La même durée, de 0,02 à 2,5 secondes, à 5 fois le courant nominal, est la plus longue qu’il faudra au disjoncteur pour déclencher (4).
La zone ombrée entre les deux est la zone de déclenchement.
IMPORTANT : Les courbes de déclenchement représentent le comportement prédit d’un disjoncteur à froid (température ambiante ambiante). Un état froid est lorsque la bande bimétallique est dans la température de fonctionnement ambiante spécifiée pour le disjoncteur. Si le disjoncteur a subi un déclenchement thermique récent et n’a pas refroidi à la température ambiante, il peut se déclencher plus tôt.
L’ensemble
La figure 7 (ci-dessous) donne une image plus claire de ces concepts.
Prenez note de la zone de déclenchement où le disjoncteur peut ou non se déclencher. Considérez cela comme la zone des chats de Schrödinger. Dans la zone, jusqu’à ce qu’un événement de surintensité se produise, nous ne savons pas exactement quand / si le disjoncteur se déclenchera (Chat de Schrödinger = mort) ou si le disjoncteur ne se déclenchera pas (Chat de Schrödinger = vivant).
Maintenant que nous avons tout mis ensemble, il est clair que le choix d’un disjoncteur à courbe 10A, B pourrait entraîner des déclenchements gênants puisque le disjoncteur entre dans la zone de déclenchement à 30A. (Voir figure 8, ci-dessous.) Les disjoncteurs de courbe D sont le choix le plus courant pour les moteurs électriques, bien que parfois un disjoncteur de courbe C puisse être choisi pour les applications qui ont des charges mixtes sur le même circuit.
Les trois courbes de déclenchement les plus courantes pour les disjoncteurs miniatures sont B, C et D. En les plaçant toutes les trois sur un même graphique (Figure 9, ci-dessous), nous pouvons voir comment la partie thermique des courbes sont similaires les unes aux autres, mais il existe des différences sur le fonctionnement de la courbe magnétique (bobine / solénoïde), et donc du disjoncteur.
En résumé:
La protection de circuit est utilisée pour protéger les fils et les équipements électriques contre les dommages en cas de surcharge électrique, de court-circuit ou de défaut de terre. Des orages, des prises de courant surchargées ou une surtension électrique soudaine peuvent entraîner une situation dangereuse susceptible de provoquer des incendies, des dommages à l’équipement ou des blessures corporelles. La protection du circuit est conçue pour éliminer ce risque avant qu’il ne se produise en coupant l’alimentation du circuit.
- Les dispositifs de protection des circuits comprennent des fusibles, des disjoncteurs miniatures, des disjoncteurs à boîtier moulé, des protecteurs supplémentaires, des disjoncteurs de protection du moteur, des relais de surcharge, des fusibles électroniques et des disjoncteurs à air.
- Les courbes de déclenchement prédisent le comportement des dispositifs de protection de circuit à la fois dans des conditions de surintensité plus lentes et plus petites, et dans des conditions de surintensité plus grandes et plus rapides.
- Choisir la courbe de déclenchement correcte pour votre application offre une protection fiable du circuit, tout en limitant les nuisances ou les faux déclenchements.
Cet article est un bref aperçu des courbes de déclenchement. Il n’est pas destiné à être la réponse finale sur ce sujet. Il y a beaucoup plus à apprendre, y compris d’autres types de courbes de déclenchement et de coordination des disjoncteurs. Avec les bases maintenant couvertes, on peut aborder ces sujets en toute confiance.
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