INTRODUCTION :

L'utilisation de l'énergie électrique a fait d'énormes progrès depuis le milieu du XIX ème siècle. Aujourd'hui, grâce à la souplesse des méthodes de transport et d'utilisation, cette source d'énergie demeure une richesse inégalée. Il n'est donc pas surprenant que ses techniques de production, de transport et d'utilisation soient encore en plein essor. Ainsi, la création de nouveaux matériaux et les progrès de la technologie ont permis de réduire la grosseur et le coût des appareils électriques si bien que les machines modernes pèsent cinq fois moins que celles construites il y a soixante ans à peine. Le progrès a été tout aussi spectaculaire dans le domaine de l'électronique de puissance. L'électrotechnique, domaine des "courants forts", subit donc de profonds changements tout en continuant à s'appuyer sur les grands principes de base découverts au siècle dernier.

En ce qui concerne la mise en oeuvre des trois principaux domaines de compétence de l'électrotechnicien (production, transport, distribution), un appareillage spécifique est nécessaire. Nous allons donc, au travers de ce cours, essayer de comprendre le fonctionnement et le rôle de trois d'entre eux. Bien sûr il y en a d'autres tout aussi importants mais que la compréhension et la connaissance de ceux-ci est primordiale avant d'aborder, par exemple, le disjoncteur, les relais de mesure, les relais électroniques, les parafoudres, etc...

Chaque fois que nous aurons à traiter un problème électrotechnique nous serons amenés à regarder la fonction de l'appareillage étudié (j'utilise la SADT) :

• distribuer,

• protéger,

• isoler,

• commander,

• convertir,

• etc...

ceci nous permettra de placer dans la chaine de production, transport ou conversion de l'énergie électrique, notre appareillage de base. J'insiste sur le fait que ces constituants seront présents dans :

• la distribution industrielle et domestique,

• les départs moteur,

• les postes de livraison,

• les systèmes automatisés,

• etc...

ce qui demande donc une compréhension parfaite si l'on veut un tant soit peu "ressembler à un électrotechnicien" ;-)))

1 - Le sectionneur :

1. Rôle :

Le sectionneur est un appareil de connexion qui permet d'isoler (c'est sa fonction) un circuit pour effectuer des opérations de maintenance, de dépannage ou de modification sur les circuits électriques qui se trouvent en aval. Il peut être considéré comme un appareil de connexion et/ou de raccordement mais jamais comme un appareil de protection. Cette remarque peut paraître stupide mais nombre d'entre vous confondent "le sectionneur" et "le sectionneur porte fusibles". Ce dernier assure les fonctions d'isolement par le sectionneur et de protection par les fusibles. Attention nous employons généralement des sectionneurs porte fusibles dans l'Education Nationale mais un sectionneur classique peut se rencontrer dans l'industrie.

Le pouvoir de coupure et de fermeture, c'est à dire la capacité qu'a cet appareil à fermer ou à ouvrir un circuit, est nul. Ceci est d'une importance capitale : UN SECTIONNEUR SE MANIPULE TOUJOURS A VIDE (aucun courant ne le traverse lorsqu'on l'actionne, les circuits en aval doivent être ouverts). Nous pouvons retrouver cet appareil dans différents domaines de tension : BTA, BTB, HTA, HTB. Sa forme et sa taille peuvent varier de façon vraiment significative (à vous d'aller voir la documentation technique de votre lycée).

2. Dénomination :

Nous définirons un sectionneur par :

• le nombre de pôles,

• la valeur de la tension assignée,

• le courant assigné,

• le ou les contacts auxiliaires,

• la nature de la commande.

Le terme de pôle peut être remplacé dans certains ouvrages par :

• les pôles de puissance,

• les conctacts de puissance,

• les contacts principaux.

3. Rôle des différents organes

Les contacts principaux permettent d'assurer le sectionnement de l'installation et d'isoler la partie en aval. Ils sont câblés dans la partie puissance de notre installation et repérés sur le symbole de l'appareillage par les chiffres 1 à 8. Les contacts auxiliares permettent de couper le circuit de commande, ils sont repérés 13-14, 23-24. A ce propos, certains sectionneur porte fusibles comme ceux de télémécanique dans la gamme LS1 - D.... sont équipés d'un système de précoupure de l'installation :

si par hasard un intervenant non habilité ou un élève n'ayant pas appris sa leçon ;-))) actionne le sectionneur alors que celui ci est traversé par un courant, le contact auxiliaire va couper le circuit de commande ce qui arrêtera la circulation de l'énergie électrique. Lorsque les pôles de puissance s'ouvriront ils le feront A VIDE. Cet enchainement se produit dans le seul temps d'action de la poignée de manoeuvre. La poignée de commande permet de manoeuvrer le sectionneur (l'ouvrir, le fermer). Un sectionneur peut normalement être condamné en position ouverte ou fermée via un système de cadenas. Exemple : je suis chargé de dépanner une installation, je sectionne l'installation, j'interviens sur celle-ci. Mon associé voyant que l'installation ne fonctionne plus et ne sachant pas que je suis en train de la dépanner remet l'installation sous tension........ DANGER..... Il aurait fallu CADENASSER le sectionneur.

 

2 - Le contacteur :

1. Rôle :

Le contacteur est un appareil de commande capable d'établir ou d'interrompre le passage de l'énergie électrique (c'est sa fonction). Il a donc un pouvoir de coupure non nul. En TSA vous deviez appeler ce type de constituant préactionneur puisqu'il se trouve avant l'actionneur dans la chaine des énergies. Ce dernier peut être commandé à distance au moyen de contacts actionnés manuellement (bouton poussoir) ou automatiquement (asservi à une grandeur physique : pression, température, vitesse, etc.). Nous venons de dire un peu plus haut que le contacteur était un appareil possédant un pouvoir de coupure..... POURQUOI EN A T-IL BESOIN ?

Tout d'abord il est important de savoir que la séparation de deux contacts sous tension (c'est le cas des pôles principaux d'un contacteur) provoque généralement la formation d'un arc électrique qui doit être rapidement éteint puisque :

• le courant électrique continue à circuler tant que l'arc électrique n'est pas éteint d'où le risque de ne pouvoir arrêter l'installation,

• l'arc s'accompagne d'un dégagement de chaleur important qui provoque l'usure voire la destruction de l'appareil de coupure (réduction de l'endurance électrique, risque de soudure des contacts),

• l'arc est dangereux de par sa mobilité. Risque d'amorçage entre phase-terre ou phase-phase et risque d'électrocution des personnels,

La capacité à "souffler" cet arc électrique (à le supprimer) sera donc donné par le pouvoir de coupure. Un pouvoir de coupure de 10 KA (kilo ampère : 10000 A) permettra de couper un circuit où circule 10000 A max et de supprimer l'arc électrique qui résulte de l'ouverture de ce dernier. LA FONCTION COMMANDE EST ASSUREE. Sans pouvoir de coupure, pas de suppression de l'arc électrique et donc pas de possibilité d'ouverture du circuit : la fonction de commande n'est pas réalisée. Les constructeurs utilisent plusieurs procédés de suppression de l'arc. Parmis les plus répandus nous trouverons:

• allongement de l'arc électrique,

• utilisation de matériaux anti-arc (cuivre,bronze,zinc),

• guidage l'arc sur des contacts autres que les contacts utilisés dans l'installation,

• soufflage magnétique,

2. Constitution :

Un contacteur est constitué par :

• des pôles principaux de puissance,

• des contacts auxiliares (possibilité d'additionner au contacteur un bloc de contacts auxiliaires instantannés ou temporisés : voir un peu plus loin dans le cours)

• une armature fixe et une autre mobile,

• un ressort de rappel,

• un circuit magnétique feuilleté de manière à réduire les pertes par courant de Foucault (dûes à la présence d'un flux d'induction magnétique alternatif)

• une bobine (insérée dans le circuit de commande). Si la bobine est alimenté en courant alternatif le courant d'appel sur le circuit de commande lors de la fermeture du contacteur peut atteindre 6 à 10 fois le courant de maintien (utile pour le choix du transformateur de commande...). Une bobine peut être alimenté en courant continu (faire le bon choix lors de la commande du matériel) ce qui accroît la force d'attraction de l'électro-aimant constitué par la bobine et l'armature fixe.

• une "spire de frager" ou "bague de déphasage" qui évite les vibrations dûes à l'alimentation en courant alternatif de la bobine du contacteur.

3. Les contacts auxiliaires instantanés et temporisés :

Les principales fonctions des contacts auxiliares sont :

• réaliser l'auto-alimentation (fonction mémoire),

• les vérouillages électriques,

• les asservissements,

• la logique de commande....

ILS SE TROUVENT DANS LE CIRCUIT DE COMMANDE...

Il faut également savoir que deux types de contact existent. Le contact normalement ouvert (NO pour "normaly open") et le contact normalement fermé (NC pour "normaly closed"). La logique de ces contacts sera donc complémentaire... Vous trouverez ci dessous la photo d'un bloc de contacts auxilaires et leur principe de nettoyage.

Bloc de contacts auxiliaires instantannés

Certains types de ces contacts seront dits temporisés. En effet, dans certains cas il nous faudra avoir la possibilité de temporiser une action au travail ou au repos de façon à permettre à notre équipement de fonctionner convenablement. Par exemple, "Je ne pourrai pas faire cette action tant que la précédente ne s'effectue pas depuis 5 secondes...." . Vous trouverez ci-dessous la photo d'un bloc de contacts auxiliaires temporisés et leur principe de fonctionnement. Le symbole d'un contact temporisé est représenté grâce à un "parachute".... Voir n'importe quel ouvrage de technologie...

Blocs de contacts auxiliaires temporisés

3. Caractéristique et choix :

Les caractéristiques d'un contacteur sont :

• la tension d'emploi assignée,

• courant d'emploi assigné,

• fréquence assignée,

• catégorie d'emploi,

• facteur de marche,

• fréquence de manoeuvre,

• endurance électrique.

Le choix du contacteur sera lié aux variables d'entrée : tension du réseau, nature du courant, fréquence, et au variables de sortie : nature du récepteur, puissance, durée de fonctionnement... Les constructeurs, à la suite d'essais normalisés, ont établi des tableaux qui donnent directement les résultats. Une fois la puissance du récepteur à commander déterminée, la catégorie d'emploi définie, la tension d'alimentation choisie la lecture d'un tableau nous donne directement l'appareil à acheter. Attention les caractéristiques complètes d'un tel appareillage spécifient la tension d'alimentation de la bobine de commande (celle dernière est souvent oubliée par les élèves).

3 - Le relais thermique :

Le relais thermique est un appareil de protection capable de protéger contre les surcharges (c'est sa fonction). Une surcharge est une élévation anormale du courant consommé par le ou les récepteurs dans des proportions somme toute raisonnables (1 à 3 In). Cette élévation faible du courrant mais prolongée dans le temps va entraîner un échauffement de l'installation pouvant aller jusqu'à sa déstruction (voir M JOULE...). Nous utilisons pour nous prémunir de ce type de problème soit des fusibles de type G1, soit des disjoncteurs, soit des relais thermiques. L'augmentation du courant n'étant pas soudaine il n'est pas nécessaire de couper l'alimentation du circuit de puissance d'une façon brutale. Par contre le temps de coupure devra être inversement proportionnel à l'augmentation du courant : plus le courant augmente plus le temps de détection et de coupure doit être court. Voir la courbe ci-dessous :

De cette courbe nous pouvons déduire plusieurs choses intéressantes :

• elle représente le temps en fonction des multiples de l'intensité de réglage,

• le relais thermique doit être réglé à l'intensité nominale du récepteur à protéger (Ir = In ou Ia),

• le déclenchement réel se fait à 1,15 Ir.

1. Principe de fonctionnement et constitution :

Le relais thermique utilise la propriété d'un bilame formé de deux lames minces ayant un coefficient de dilatation différent. L'un nul ne se tordra pas sous l'effet de la chaleur, l'autre non nul lui permettra de se tordre. Pour avoir l'image de la chaleur, nous utilisons le courant puisque M. JOULE nous dit que Pj = R x I². Le principe du bilame apparaissant dans tous les ouvrages de technologie appliqué à l'Electrotechnique, je n'ai pas jugé utile d'en développer le fonctionnement.

REMARQUE : Le relais thermique coupe le circuit de commande par l'intermédiaire de son contact auxiliaire. En effet, les bilames détectent l'augmentation de chaleur et donnent l'information au contact auxiliaire de s'ouvrir. Ce contact étant convenablement placé dans le circuit de commande va couper l'alimentation de la bobine du contacteur qui va ouvrir ses pôles de puissances et interrompre le passage de l'énergie électrique au travers du récepteur. Ce n'est donc pas le relais thermique qui coupe le circuit de puissance mais bel et bien l'appareillage de commande...

Venez donc discuter de ce cours sur la liste de discussion d'Electrotech-City

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