Je me souviens de la première fois que je me suis tenu devant un gros disjoncteur pneumatique lors d'une visite d'une usine, il y a des années. C'était la taille d'un petit réfrigérateur, et l'électricien qui m'a fait visiter m'a dit : "Cette chose peut interrompre suffisamment de courant pour éclairer une petite ville. Mais à l'intérieur, ce n'est en réalité qu'un interrupteur sophistiqué qui sait quand abandonner."
Il n'avait pas tort. En son cœur,un disjoncteur à air– ou ACB comme la plupart d’entre nous l’appellent – fait ce que fait n’importe quel disjoncteur : il transporte le courant lorsque les choses sont normales et arrête le courant lorsque les choses tournent mal. Mais il vaut la peine de comprendre comment cela se produit, en particulier avec le type de courants dont nous parlons dans les milieux industriels.
Le travail de base
Un ACB est conçu pour les travaux à basse tension-, généralement inférieure à 600 volts, même si vous les verrez dans toutes sortes d'applications. Ce sont les grands noms du monde des appareillages de commutation, gérant des courants allant de quelques centaines d'ampères jusqu'à 6 300 ampères dans certains cas. Vous les trouverez protégeant les transformateurs, les générateurs, les tableaux de distribution principaux – les endroits où, en cas de panne, vous voulez qu'il tombe en panne en toute sécurité.
La partie « air » du nom vous indique quel moyen le disjoncteur utilise pour éteindre l'arc lorsque les contacts s'ouvrent. Contrairement aux disjoncteurs à huile ou au SF6 qui utilisent d’autres matériaux, les ACB effectuent leur travail directement dans l’air pur à pression atmosphérique.
Ce qu'il y a à l'intérieur est important
Avant de commencer le travail, parlons de ce qu’il y a réellement à l’intérieur d’une de ces choses.
Les contacts principaux sont ceux qui transportent le courant pendant le fonctionnement normal. Ils sont fabriqués à partir d'argent-tungstène ou d'alliages similaires qui résistent au soudage et à l'érosion. Lorsque le disjoncteur est fermé, ces contacts sont pressés l'un contre l'autre par la pression du ressort et le courant circule à travers.
Au-dessus ou autour de ces contacts principaux, vous trouverez les contacts d'arc. Ceux-ci sont conçus pour subir l’essentiel des dégâts lorsque le disjoncteur s’ouvre. Ils entrent en contact avant la fermeture du secteur et se séparent après l'ouverture du secteur, de sorte que l'arc se forme sur eux au lieu des surfaces porteuses de courant principal-. Conception intelligente.
Ensuite, il y a la chambre de coupure – une pile de plaques métalliques disposées de manière à ce qu'un arc tiré à l'intérieur soit divisé en segments plus petits et refroidi jusqu'à ce qu'il ne puisse plus se maintenir. Pensez-y comme à un labyrinthe que l'arc doit parcourir, et au moment où il atteint la fin, il est à court d'énergie.
Le mécanisme de fonctionnement est ce qui fait bouger tout. Dans les ACB plus grands, il s'agit souvent d'un mécanisme à énergie stockée : des ressorts qui sont chargés manuellement ou par un petit moteur, prêts à fermer ou à ouvrir les contacts à une vitesse constante, quelle que soit la manière dont l'opérateur déplace la poignée.
Fonctionnement normal – Juste passage du courant
Lorsque tout va bien, l’ACB reste là à faire son travail. Le courant entre par une borne, passe par les contacts et sort par l’autre côté. Le déclencheur – qu'il soit thermique, magnétique ou électronique – surveille le courant en permanence.
Dans les disjoncteurs-magnétiques thermiques, il existe une bande bimétallique qui chauffe en fonction du courant qui la traverse. Le courant normal le garde au chaud mais pas suffisamment pour le plier. Il existe également une bobine magnétique qui produit un champ magnétique proportionnel au courant.
Dans les déclencheurs électroniques modernes, les transformateurs de courant sur chaque phase envoient des signaux à un microprocesseur qui surveille les problèmes. Ceux-ci sont beaucoup plus précis et peuvent être ajustés pour différentes courbes de déclenchement et fonctions.
Quand les choses tournent mal – La séquence du voyage
C'est ici que cela devient intéressant. Supposons qu'un court-circuit se produise en aval. Le courant atteint des milliers d'ampères en millisecondes.
Dans un disjoncteur-magnétique thermique, ce courant élevé crée instantanément un champ magnétique puissant autour de la bobine. Le champ tire sur une armature qui déclenche le mécanisme, ouvrant les contacts. Cela se produit en 10 millisecondes environ, soit moins d'un demi-cycle.
Dans un disjoncteur déclenché électroniquement, le microprocesseur détecte la surintensité et envoie un signal à un déclencheur shunt ou libère un verrou magnétique. Dans tous les cas, le mécanisme de commande est libéré.
L'Arc – et comment le tuer
Lorsque les contacts commencent à se séparer, la tension tente de maintenir le courant circulant à travers l'espace. L'air s'ionise, devient conducteur et un arc se forme. Cet arc peut atteindre des températures de plusieurs milliers de degrés. Laissé seul, il détruirait les contacts et continuerait à fonctionner jusqu'à ce que quelque chose fonde.
C’est là que la chambre de coupure gagne sa place. Au fur et à mesure que le contact mobile s'éloigne, l'arc est attiré vers le haut – soit soufflé magnétiquement par le champ du courant lui-même, soit guidé mécaniquement – dans l'empilement de plaques métalliques. Chaque plaque divise l'arc en arcs plus petits en série. Chaque division ajoute une chute de tension et les plaques refroidissent l'arc. Finalement, la tension nécessaire pour entretenir tous ces petits arcs dépasse ce que le système peut fournir et l'arc s'éteint.
L'ensemble du processus prend peut-être 25 à 40 millisecondes pour un ACB typique. Pas instantané, mais suffisamment rapide pour limiter les dégâts.
Énergie stockée – Pourquoi les gros disjoncteurs ne dépendent pas du muscle
Si vous avez déjà utilisé manuellement un grand ACB, vous savez que vous ne vous contentez pas de tourner une poignée. Vous chargez d'abord les ressorts en pompant un levier ou en laissant tourner un moteur. Cette énergie stockée est ce qui ferme les contacts – rapidement et avec force, quelle que soit la lenteur avec laquelle vous vous déplacez.
Ceci est important car la vitesse de contact affecte l’extinction de l’arc. Si vous fermez lentement, les contacts peuvent rebondir ou se former un arc avant qu'ils ne soient complètement établis. Si vous ouvrez lentement, l’arc traîne trop longtemps. Les mécanismes d'énergie stockée garantissent une vitesse constante à chaque fois.
La différence entre l'ACB et les petits disjoncteurs
Les gens confondent parfois les ACB avecdisjoncteurs de boîtiers moulésou MCCB. Ce sont tous deux des disjoncteurs d'air dans un sens, mais les ACB sont généralement plus grands, ont des courants nominaux continus plus élevés et incluent souvent une protection et une surveillance plus sophistiquées.
Les ACB sont également conçus pour être réparables. Vous pouvez les ouvrir, inspecter les contacts, remplacer les chambres de coupure et ajuster les paramètres. Un disjoncteur à boîtier moulé est généralement scellé. Une fois l'opération terminée, vous remplacez l'ensemble de l'unité.
Une autre différence réside dans la manière dont ils gèrent le courant de défaut. Les MCCB sont conçus pour limiter le courant : ils s'interrompent si rapidement que le courant de défaut n'atteint jamais son maximum. Les ACB sont conçus pour résister au défaut pendant une courte période pendant que les appareils en aval résolvent le problème. Cette sélectivité est cruciale dans les grands systèmes où vous ne souhaitez pas que le disjoncteur principal se déclenche à chaque petit défaut sur un circuit de dérivation.
Idées fausses courantes
J'ai entendu des gens dire que les ACB étaient obsolètes, remplacés par le vide ou le SF6. Ce n'est pas vrai pour la basse tension. L'air est libre, ne fuit pas et ne nécessite aucune manipulation particulière. Pour les tensions inférieures à 1 000 V, les disjoncteurs pneumatiques restent les bêtes de somme.
Une autre : tous les ACB sont identiques. Ce n’est pas le cas. Certains utilisent de simples déclenchements thermiques, d'autres disposent d'un contrôle complet par microprocesseur avec communication avec les systèmes de gestion du bâtiment. Le principe de base est le même, mais la sophistication varie considérablement.
Et celui qui me rend dingue : "S'il s'est déclenché, réinitialisez-le et rallumez-le." Non. Vous découvrez d'abord pourquoi il s'est déclenché. Les disjoncteurs ne se déclenchent pas sans raison.
Conclusion
Alors, comment fonctionne un disjoncteur pneumatique ? Il transporte le courant quand il le devrait, détecte quand le courant dépasse les niveaux de sécurité, ouvre les contacts pour interrompre ce courant et utilise les propriétés de l'air et une conception mécanique intelligente pour éteindre l'arc résultant. Il le fait de manière fiable, répétée et sans gaz ni huiles spéciaux.
La prochaine fois que vous passerez devant une sous-station ou une usine, vous saurez ce qui se passe à l’intérieur de cette boîte métallique. Et vous apprécierez l'ingénierie qui lui permet de rester là tranquillement pendant des années, en attendant cette fraction de seconde où il doit faire son travail.
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Que vous envisagiez de dimensionner du matériel pour un nouveau projet, que vous recherchiez un voyage intempestif ou que vous envisagiez de mettre à niveau une installation existante, n'hésitez pas à nous contacter. Assurons-nous que vos disjoncteurs font exactement ce qu'ils sont censés faire lorsque cela compte le plus.
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