Qu'est-ce que la sélectivité des disjoncteurs + principes de calcul de la sélectivité

La sélectivité des disjoncteurs est un élément clé pour garantir le fonctionnement fiable du circuit électrique. Cette fonction permet de prévenir les situations d'urgence et d'élever la sécurité à un niveau supérieur.

En cas de surcharge de ligne ou de court-circuit, seule la protection de la ligne défectueuse est activée, le reste de l'installation électrique reste en fonctionnement. Nous examinerons en détail pourquoi cela se produit dans cet article, ainsi que les tâches principales de la protection sélective, les schémas de raccordement et leurs particularités.

Nous accorderons également une attention au calcul de la sélectivité et aux règles d'élaboration d'une carte, en fournissant des schémas, des tableaux et des photos illustratifs. Et nous compléterons l'article par des explications détaillées dans des vidéos.

Importance et objectifs principaux de la protection sélective

L'exploitation sûre et le fonctionnement stable des installations électriques sont les tâches confiées à la protection sélective. Elle identifie et isole instantanément la zone endommagée sans interrompre l'alimentation des parties saines. La sélectivité réduit les charges sur l'installation et diminue les conséquences des courts-circuits.

Avec un fonctionnement bien réglé des disjoncteurs, les demandes concernant la garantie d'une alimentation électrique ininterrompue et, par conséquent, du processus technologique sont satisfaites au maximum.

Lorsque l'équipement automatique chargé de l'ouverture en cas de court-circuit se révèle défectueux, grâce à la sélectivité, les consommateurs reçoivent une alimentation normale.

La règle selon laquelle l'intensité du courant traversant tous les disjoncteurs de distribution installés après le disjoncteur d'entrée est inférieure au courant nominal de ce dernier constitue la base de la protection sélective.

En somme, ces calibres peuvent être plus élevés, mais chaque calibre individuel doit être au moins un cran en dessous de celui du disjoncteur d'entrée. Ainsi, si un disjoncteur de 50 ampères est installé à l'entrée, on installe ensuite un disjoncteur avec un calibre de 40 A.

Le disjoncteur est composé des éléments suivants : le levier (1), les bornes à vis (2), les contacts mobile et fixe (3, 4), la lame bimétallique (5), la vis de réglage (6), le solénoïde (7), la grille d'extinction d'arc (8), le verrou (9).

À l'aide du levier, on met sous tension et on coupe l'alimentation des bornes. Les contacts sont amenés et fixés aux bornes. Le contact mobile avec ressort permet une ouverture rapide, et la liaison du circuit avec lui est réalisée via le contact fixe.

Le déclenchement, en cas de dépassement du seuil de courant, se produit par le chauffage et la déformation de la lame bimétallique, ainsi que par le solénoïde.

Les courants de déclenchement sont réglés à l'aide de la vis de réglage. Afin d'éviter l'apparition d'un arc électrique lors de l'ouverture des contacts, un élément tel qu'une grille d'extinction d'arc est introduit dans le circuit. Pour fixer le boîtier du disjoncteur, il existe un verrou.

La sélectivité, en tant que caractéristique de la protection par relais, est la capacité à détecter un nœud défectueux du système et à l'isoler de la partie active du réseau électrique.

Voici le schéma du tableau, montrant clairement comment la charge est répartie dans l'appartement. Avant d'installer le disjoncteur, il faut calculer la puissance totale de l'équipement qui y sera connecté.

La sélectivité des disjoncteurs est leur propriété à fonctionner de manière séquentielle. Si ce principe n'est pas respecté, les disjoncteurs et le câblage électrique chaufferont.

Cela peut entraîner un court-circuit sur la ligne, la fusion des contacts fusibles, de l'isolation. Tout cela conduira à la panne des appareils électriques et à un incendie.

Supposons qu'une situation d'urgence se produise sur une longue ligne de transmission électrique. Selon la règle principale de sélectivité, le disjoncteur le plus proche du point de défaut se déclenche en premier.

Si dans un appartement ordinaire, un court-circuit se produit dans une prise, la protection de la ligne dont cette prise fait partie doit se déclencher sur le tableau. Si cela ne se produit pas, c'est au tour du disjoncteur du tableau, et seulement après celui du disjoncteur d'entrée.

Sélectivité absolue et relative de la protection

La notion de sélectivité est définie par la norme GOST IEC 60947-1-2014. On distingue deux types de sélectivité : absolue et relative. Si la protection est coordonnée de manière à ne se déclencher qu'à l'intérieur de la zone protégée, cela indique une sélectivité absolue.

Dans ces circonstances, le courant maximal de sélectivité devient égal au pouvoir de coupure maximal du disjoncteur situé en aval.

Le déclenchement en tant que secours, lorsque le défaut n'a pas été éliminé sur la section problématique, est appelé protection à sélectivité relative. Dans ce cas, les disjoncteurs situés en amont se déclenchent.

En cas de dépassement de la valeur de courant définie du disjoncteur, c'est-à-dire en l'absence de surcharges importantes, la protection sélective fonctionne de manière quasi fiable. Il est bien plus difficile d'y parvenir en cas de courts-circuits.

Les données sur les produits fabriqués par l'entreprise sont placées sur le boîtier de l'appareil et sur leurs sites Web. Il est important de lire correctement le marquage des disjoncteurs – les combinaisons de disjoncteurs ne se forment qu'à partir des tableaux d'un seul fabricant. Il faut tenir compte du fait que les groupes constitués selon un principe relatif possèdent un plus grand nombre de fonctions.

Les tableaux de sélectivité fournis par les fabricants avec leurs produits simplifient la tâche. En les utilisant, on crée des groupes avec sélectivité de déclenchement.

La lettre « T » dans le tableau indique la sélectivité totale d'une paire d'appareils, et le nombre indique une sélectivité partielle. Lorsque la valeur limite attendue du courant de court-circuit est inférieure au nombre indiqué dans le tableau, la sélectivité est assurée.

Pour vérifier la sélectivité entre un disjoncteur amont et aval, on trouve l'intersection de la verticale et de l'horizontale. Assurer la sélectivité est une tâche très importante lors de l'alimentation de consommateurs d'une catégorie spéciale.

En son absence, il peut y avoir un arrêt du processus de production, des dommages aux lignes, la mise hors service des systèmes de climatisation, d'extraction de fumée et autres.

Types de schémas de raccordement sélectifs

Outre la sélectivité absolue et relative, il existe 7 autres types de protection sélective :

• zonale ;
• temps-courant ;
• énergétique ;
• temporelle ;
• totale ;
• partielle ;
• de courant.

Pour assurer la sélectivité requise de la protection automatique du réseau électrique avec des disjoncteurs, on utilise différentes méthodes. Mais dans tous les cas, il est important de installer correctement le disjoncteur, en suivant le schéma choisi et les règles d'installation.

Type #1 — protection totale et partielle

La protection totale signifie que si une paire de disjoncteurs est connectée en série, l'apparition de surintensités provoque le déclenchement de celui situé près de la zone de défaut.

La protection partielle fonctionne sur le même principe que la protection totale, mais seulement après que le courant a atteint un seuil défini.

La sélectivité de déclenchement assurée par les disjoncteurs (A et B) consiste en ce que le court-circuit, où qu'il se produise dans l'installation électrique, sera interrompu par le disjoncteur le plus proche situé en amont de ce point. Les autres appareils ne se déclencheront pas.

Si la sélectivité est assurée jusqu'à la plus petite des valeurs de courant des deux disjoncteurs, on peut parler de sélectivité totale entre eux. Dans ce cas, la valeur maximale du courant de court-circuit présumé de l'installation, quelles que soient les circonstances, sera égale ou inférieure à la valeur de courant des deux disjoncteurs.

Type #2 — sélectivité par courant

Pour la sélectivité en courant, l'indicateur principal est le seuil de courant maximal. Les valeurs sont disposées de l'objet à l'entrée par ordre croissant. L'action de cette sélectivité des protections est basée sur le même principe que la sélectivité temporelle.

La seule différence est que le retard est ajusté en fonction de la valeur du courant — à mesure que le point de court-circuit se rapproche de l'entrée, les valeurs du courant de court-circuit augmentent. Le temps de déclenchement peut être identique.

La zone endommagée par un court-circuit est déterminée via des seuils de déclenchement pour différentes valeurs de courant. La sélectivité totale n'est possible que dans des conditions où le courant de court-circuit est faible et où il existe entre les deux disjoncteurs un équipement présentant une résistance électrique importante. Dans une telle configuration, les courants de court-circuit différeront significativement.

Ce type de sélectivité est principalement utilisé dans les tableaux de distribution terminaux. Ici, le courant nominal de faible valeur est combiné avec un courant de court-circuit ayant une impédance totale élevée des câbles de raccordement.

Cette variante de sélectivité est économique, simple et agit instantanément. Cependant, cette sélectivité est souvent partielle car le courant maximal est généralement faible.

Sur la photo, sélectivité en courant avec utilisation de disjoncteurs. Avec ce type de sélectivité, il existe un décalage sur l'axe du courant des caractéristiques de courant des disjoncteurs placés en série.

Lorsque les valeurs Isd1 et Isd2 sont identiques ou très proches, alors Is — le courant maximal de sélectivité — est égal à Isd2. Si ces valeurs diffèrent considérablement, Is = Isd1.

La condition pour assurer la sélectivité en courant est le respect des inégalités : Ir1/Ir2 > 2 et Isd1/Isd2 > 2. Dans ce cas, le maximum de sélectivité est Is = Isd1.

Les inconvénients incluent également la croissance rapide du niveau des seuils de protection contre les courants élevés. Il est impossible de déconnecter rapidement la chaîne endommagée si l'un des disjoncteurs est défectueux.

Lors du calcul des seuils de protection en courant, il est nécessaire de prendre en compte les courants réels traversant les disjoncteurs fonctionnant en mode automatique.

Type #3 — variante temporelle et temps-courant

Lorsqu'une chaîne comporte plusieurs disjoncteurs ayant des caractéristiques de courant identiques mais des temps de retard différents, en cas de défaut, ils se protègent mutuellement. Celui situé le plus près du défaut se déclenche immédiatement, le suivant après un certain temps, etc.

Sur ce schéma à 2 niveaux, le disjoncteur «A» a un temps de retard qui assure une sélectivité totale avec les caractéristiques du disjoncteur «B».

Dans le cas d'une sélectivité temps-courant, les dispositifs de protection réagissent non seulement au courant, mais aussi à la durée de la réaction. Pour une certaine valeur du courant, après un certain temps de retard, la protection dont la distance au point de court-circuit est la plus petite se déclenche. La partie non défectueuse de l'installation n'est pas déconnectée.

Sur la photo, un graphique de sélectivité temporelle utilisant des disjoncteurs. Les caractéristiques temps-courant des disjoncteurs B et A ne se croisent pas. Elles sont disposées en escalier.

La combinaison de la sélectivité en courant et en temps augmente l'efficacité de la coupure. Lorsque Isc B < Irm A, la sélectivité est totale et le déclenchement se produit instantanément. Le disjoncteur situé en amont est équipé de deux réglages : Im A et Ii A. Le premier est un déclencheur sélectif de courant, le second un déclenchement instantané.

Type #4 — sélectivité énergétique des disjoncteurs

Avec la sélectivité énergétique, les déclenchements se produisent à l'intérieur du boîtier du disjoncteur. La durée du processus est si faible que le courant de court-circuit n'a pas le temps d'atteindre sa valeur limite.

Le système de protection temps-courant est considéré comme complexe. Il implique non seulement la réaction au courant, mais aussi le temps pendant lequel cela se produit.

Avec l'augmentation du courant, le temps de déclenchement du disjoncteur diminue. La base de ce type de sélectivité est le réglage de la protection de manière à ce que, du côté de l'objet protégé, elle se déclenche plus rapidement pour toutes les valeurs de seuil de courant, par rapport au disjoncteur d'entrée.

Type #5 — schéma de protection zonale

La méthode zonale est complexe et coûteuse, c'est pourquoi elle est principalement utilisée dans l'industrie. Dès que les valeurs de seuil de courant atteignent le maximum, les données sont transmises au centre de contrôle et le disjoncteur sélectionné se déclenche. Le réseau électrique avec ce type de sélectivité comprend des déclencheurs électroniques spéciaux.

Lorsqu'un défaut est détecté, un signal est envoyé du disjoncteur situé en amont vers le dispositif situé en ont. Le premier disjoncteur doit réagir en une seconde. S'il ne réagit pas, le second se déclenche.

En comparant ce type de sélectivité avec la sélectivité temporelle, on peut voir que le temps de déclenchement dans ce cas est beaucoup plus faible — parfois de l'ordre de quelques centaines de millisecondes. Le pourcentage d'intervention sur le système ainsi que le pourcentage de dommages sont réduits. Les influences thermiques et dynamiques sur les parties de l'installation diminuent. Le nombre de niveaux de sélectivité augmente.

Lorsque les courants traversant les dispositifs de protection atteignent une valeur supérieure à leurs propres réglages, un signal de verrouillage est envoyé par chaque disjoncteur à la protection de niveau supérieur.

Dans le cas de la sélectivité zonale, la protection située du côté de la source d'alimentation se déclenche, en prenant pour point de départ l'emplacement du court-circuit. Jusqu'au déclenchement du disjoncteur, un contrôle est effectué pour empêcher le dispositif de protection du côté chargé d'envoyer un signal similaire.

Mais une telle sélectivité nécessite la présence d'une source d'alimentation supplémentaire. Par conséquent, l'application rationnelle de ce type de sélectivité concerne les systèmes avec des paramètres élevés de courant de court-circuit et un courant d'importance significative. Tels sont les appareils de commutation et de distribution situés du côté de la charge des générateurs et des transformateurs.

Calcul de la sélectivité des disjoncteurs

Un choix judicieux du disjoncteur et un réglage correct sont le principe fondamental du respect de la sélectivité des disjoncteurs. La sélectivité pour le disjoncteur situé près de la source garantit le respect de l'exigence : Is.o.posled ≥ Kn.o.∙ I k.pred.

Ici, I_s.o.posled est la valeur du courant à partir de laquelle le déclenchement de la protection se produit. I_k.pred est le courant de court-circuit au point final de la zone couverte par l'action du disjoncteur situé loin de la source d'énergie. K_n.o. est le coefficient de fiabilité. Sa valeur dépend de la dispersion des paramètres.

Le calibre du disjoncteur pour un circuit est choisi non seulement par calcul, mais aussi à l'aide d'un tel tableau, en fonction de la section des câbles dans le schéma.

La condition t_s.o.posled ≥ t_k.pred. + ∆t démontre la sélectivité dans le cas d'un réglage des disjoncteurs dans le temps. t_s.o.posled et t_k.pred. sont les intervalles de temps de déclenchement des disjoncteurs situés à grande distance de la source d'alimentation et de ceux situés à proximité. ∆t est un paramètre tiré du catalogue et désignant le degré temporel de sélectivité.

Carte de sélectivité et règles de sa création

Les caractéristiques temps-courant de tous les dispositifs inclus dans le schéma du réseau électrique sont représentées sur la carte de sélectivité. L'objectif de sa création est d'assurer au maximum la protection des disjoncteurs. La base de la protection des disjoncteurs est le principe selon lequel les disjoncteurs sont connectés les uns à la suite des autres strictement en série.

Il existe un certain nombre de règles obligatoires lors de la création d'une carte de sélectivité :

1. Les installations doivent avoir une seule source de tension.
2. Tous les points de calcul importants doivent être bien visibles. En tenant compte de cette exigence, il faut choisir l'échelle.
3. Sur la carte, on indique les propriétés de protection, les paramètres minimaux et maximaux de court-circuit aux points du système.

Souvent, les normes de conception sont violées et les cartes de sélectivité sont absentes des projets. Cela peut entraîner des interruptions de l'alimentation électrique des consommateurs.

Sur la carte, on reporte les caractéristiques des disjoncteurs connectés en série les uns après les autres. Le schéma lui-même est construit dans des axes.

La carte donne une image complète de la coordination des réglages. Elle offre la possibilité de comparer le fonctionnement des disjoncteurs selon une caractéristique telle que la sélectivité.

Les variétés d'axes temps-courant sont la base non seulement pour la construction des cartes de sélectivité pour la protection contre les courants sous forme de disjoncteurs, mais aussi pour d'autres types : les fusibles, les relais. Généralement, une carte contient les caractéristiques de 2-3 disjoncteurs. Sur l'axe des abscisses, on indique la valeur du courant en kV, et sur l'axe des ordonnées, le temps en secondes.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Problèmes lors du fonctionnement des disjoncteurs et leur résolution :

Tracé de la carte de sélectivité à l'aide d'un programme spécial :

Une utilisation fiable et sûre du câblage électrique est impossible sans tenir compte de la sélectivité des disjoncteurs. En connaissant les points essentiels de la création d'une protection sélective, vous pouvez effectuer correctement la sélection de l'équipement pour votre projet technique.

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