Les disjoncteurs miniatures, communément appelés MCB, sont largement utilisés dans les applications de distribution d'énergie et de sécurité domestiques et industrielles. Ce sont des interrupteurs très robustes qui peuvent servir à la fois d'interrupteur normal et de dispositif de sécurité. Cet article vise à discuter en profondeur des MCB, de leur construction, de leur principe de fonctionnement et de leurs applications.
Qu'est-ce qu'un disjoncteur miniature ?
Les disjoncteurs miniatures se trouvent presque partout où l'alimentation électrique doit être contrôlée. Les MCB ont leurs applications allant des ménages typiques aux machines et locaux industriels. Si vous êtes novice en matière de MCB, vous en avez peut-être vu un dans les tableaux de distribution de votre maison :
Les MCB sont généralement placés après le RCCB (disjoncteurs à courant résiduel) dans un tableau de distribution pour commuter l'alimentation vers un circuit particulier ou un appareil. Dans une application domestique, il peut s'agir de l'alimentation électrique d'une pièce ou d'une partie de celle-ci comme les lumières ou les prises murales.
Les disjoncteurs miniatures sont essentiellement des interrupteurs marche/arrêt dotés d'une fonction de sécurité supplémentaire appelée "protection contre les surintensités/courts-circuits". Les MCB sont conçus pour un courant maximum particulier. Si le courant traversant le MCb est supérieur à cette valeur, il peut automatiquement s'éteindre et protéger le reste du circuit.
Ceci est très avantageux par rapport aux fusibles traditionnels car les fusibles doivent être remplacés après un tel incident de surintensité. Les MCB n'ont pas besoin d'être remplacés car nous pouvons facilement les réactiver après avoir corrigé le défaut du système. Les actionneurs qu'ils contiennent sont à ressort et la position d'arrêt est en bas. Ceci est fait exprès pour fournir l'action d'arrêt rapide si un défaut dans le circuit se produit.
Principe de fonctionnement du disjoncteur miniature
Les disjoncteurs miniatures sont des dispositifs relativement simples qui agissent comme des interrupteurs mécaniques avec coupure de surintensité. Ils sont très faciles à installer et à utiliser et ne coûtent souvent pas une fortune à installer. Jetons un coup d'œil au fonctionnement interne d'un MCB et à son fonctionnement.
Le principe de fonctionnement d'un MCB est basé sur un phénomène physique simple mais intéressant. C'est ce qu'on appelle la "dilatation thermique" d'un bilame. C'est le même principe que celui utilisé dans les fers à repasser pour allumer/éteindre automatiquement l'élément chauffant afin de maintenir la température réglée.
Normalement, lorsque le courant électrique traverse un conducteur, il a tendance à s'échauffer. Cela provoque une « expansion » du conducteur métallique dans le sens de la longueur. Si le métal est uniforme et fait du même matériau, cette augmentation est linéaire et peut être observée en mesurant la différence de longueur avant et après chauffage. Différents matériaux se dilatent différemment sous la même température.
Les bandes bimétalliques, comme leur nom l'indique, sont constituées de deux métaux différents reliés entre eux. Lorsqu'elles sont chauffées, au lieu de se dilater en longueur de manière linéaire, les bandes bimétalliques ont tendance à "plier" en raison des différents coefficients de dilatation des deux métaux. Ce bilame fait partie du chemin conducteur. Lorsque le courant traverse ce conducteur lorsque l'interrupteur est en position « marche », il se réchauffe légèrement.
Cette bande est spécialement conçue pour permettre une certaine quantité de courant (c'est-à-dire 20A) sans provoquer trop de déviation. Et c'est la note du MCB. Lorsque le courant dépasse cette valeur, le bilame se plie et libère un verrou électromécanique pour déconnecter immédiatement le chemin de conduction. Cela ne prend qu'une fraction de seconde et protège donc les appareils connectés via le MCB.
L'interrupteur à l'intérieur du MCB est verrouillé mécaniquement sous une tension à ressort. Pour cette raison, même si la bande bimétallique refroidit après l'arrêt de l'interrupteur, elle ne se rallumera pas automatiquement. Nous devons le rallumer manuellement. Cela nous permet de dépanner et de résoudre le problème avant de rallumer le MCB.
Types de disjoncteurs miniatures
Les MCB sont disponibles dans une multitude de tailles, de valeurs nominales et de types que vous pouvez choisir pour votre application particulière. Bien que la fonctionnalité de base soit la même pour tous les types et modèles, vous devez sélectionner le meilleur type possible pour l'application afin de vous assurer qu'elle fonctionne parfaitement.
Il y a six types de disjoncteurs miniatures. Ils sont de type A, B, C, DK et Z. Types B, C et D sont les principaux types. K et Z sont moins courants et sont hautement spécialisés pour certaines applications spécifiques. Ces cotes sont basées sur le paramètre appelé 'trip-curve'. La courbe de déclenchement est la réponse du MCB au flux de courant.
Disjoncteurs de type A
Les disjoncteurs appartenant à la catégorie A sont extrêmement sensibles au flux de courant. Ils sont si sensibles qu'ils sont très rarement utilisés. Les MCB de type A peuvent déclencher à environ 2x à 3x le courant nominal de l'appareil. Ceux-ci sont utilisés pour protéger les appareils très sensibles comme les semi-conducteurs.
MCB de type B
Les MCB de type B se déclenchent à environ 3x à 5x le courant nominal. Ceux-ci peuvent agir aussi rapidement que 40 millisecondes ou aussi lentement que 13 secondes selon le modèle. Ceux-ci sont généralement utilisés pour contrôler les circuits d'éclairage domestiques et industriels.
Disjoncteurs de type C
Ceux-ci se déclenchent à des courants d'environ 5x à 10x fois le courant nominal. Le temps de déclenchement peut être compris entre 40 millisecondes et 5 secondes. Les MCB de type C sont un bon choix pour les circuits qui utilisent des moteurs tels que des ventilateurs, des moteurs électriques, des transformateurs et des fours à micro-ondes.
Disjoncteurs de type D
Les MCB de type D sont le type de MCB le moins sensible. Ceux-ci peuvent supporter jusqu'à 10 à 20 fois le courant nominal pour protéger les machines lourdes telles que les onduleurs, les gros moteurs, les machines à souder et les machines à rayons X. Ceux-ci tirent de grands courants d'appel, donc les MCB de type D peuvent supporter le courant en toute sécurité tout en offrant une sécurité en cas de court-circuit.
Disjoncteurs de type K
Ceux-ci sont similaires aux MCB de type D, mais sont plus réactifs qu'eux. Ceux-ci offrent des temps de déclenchement plus rapides et peuvent donc parfois être plus adaptés que les MCB de type D.
Disjoncteurs de type Z
Il s'agit d'une version plus réactive des MCB de type A. Les MCB de type K fonctionnent à un flux de courant de 2 à 3 fois la valeur nominale en 0.1 s (100 millisecondes).
Schéma du disjoncteur miniature
Regardons le schéma interne d'un MCB. MCB signifie Disjoncteur miniature, un interrupteur qui peut couper automatiquement l'alimentation électrique d'un circuit en cas de surintensité. Il existe de nombreux composants électromécaniques à l'intérieur du boîtier d'un MCB.
Les principales parties visibles de l'extérieur sont les terminaux eux-mêmes. Il y a deux bornes, une pour l'entrée et une pour la sortie. Lors du câblage, veillez à ne pas les échanger.
Il peut y avoir un ou plusieurs leviers liés ensemble dans un MCB (selon le nombre de pôles) pour allumer et éteindre manuellement l'appareil. Ceux-ci sont connectés à des contacts métalliques (l'un étant une bande bimétallique et l'autre étant un contact métallique fixe) qui forment la connexion électrique entre la ou les bornes d'entrée et de sortie.
Pour déclencher la protection, il y a un solénoïde électromagnétique qui libère les contacts montés sur ressort pour les séparer instantanément. Les nouveaux modèles MCB contiennent une unité supplémentaire appelée "chambre à arc" qui aide à prévenir la formation d'arc électrique lors de la déconnexion. Ceci est très utile dans les applications de charge inductive à courant élevé telles que les gros moteurs pour protéger le MCB lors de l'ouverture de ses contacts alors que la charge est alimentée.
La figure ci-dessous montre un schéma de circuit simplifié d'un MCB qui présente la barre de déclenchement (levier), le loquet et les contacts métalliques ainsi que le filament bimétallique.
Voyons maintenant le câblage domestique typique qui utilise des disjoncteurs miniatures :
Schéma de câblage MCB
Le schéma suivant montre un câblage électrique monophasé d'un tableau de distribution pour une application domestique.
L'électricité du réseau national entre dans les locaux par le compteur de kilowattheures et un MCB bipolaire pour isoler complètement les locaux si et quand cela est nécessaire. Cela agit également comme une protection secondaire puisque ce n'est rien d'autre qu'un MCB.
Ensuite, l'alimentation passe par un dispositif RCCB (Residual Current Circuit Breaker). Ceci est extrêmement sensible aux fuites de courant et aux déclenchements s'il y a un déséquilibre de courant dans les fils sous tension et neutres. C'est ce qui protège les utilisateurs des chocs électriques.
Après le RCCB, le fil neutre se connecte à une barre omnibus et est distribué aux sous-circuits. La phase est connectée à une ou plusieurs entrées de MCB pour former des sous-circuits. Les sorties de chaque MCB sont connectées à un sous-circuit différent. Dans une application domestique typique, ces sous-circuits peuvent être des salons, des chambres, des porches et des cuisines. Ces sous-circuits logiques permettent de mieux contrôler la sécurité électrique des locaux.
Prix du disjoncteur miniature
Les disjoncteurs miniatures sont disponibles dans de nombreux types et configurations différents. Il n'y a pas de prix fixe par catégorie et peut également varier d'un fabricant à l'autre. En outre, il convient de noter qu'il existe deux principaux types de MCB, AC et DC disjoncteurs. Pour les applications à courant continu (CC), les MCB CA ne doivent jamais être utilisés.
À partir des applications domestiques et générales à faible courant, les MCB peuvent vous coûter entre 3 $ et 4 $ jusqu'à des centaines de dollars en fonction de leurs caractéristiques et de leurs temps de réaction.
Utilisation du disjoncteur miniature
Les MCB trouvent leurs applications dans de nombreux scénarios différents.
- Circuits nationaux
- Les MCB sont utilisés dans les applications domestiques pour prévenir les surcharges et les risques d'incendie associés.
- Chauffage et éclairage
- Dans les applications à usage général et industriel, les systèmes de chauffage et d'éclairage à haute puissance peuvent exercer une pression énorme sur un système électrique. Les MCB aident à répartir la charge entre les sous-circuits pour mieux gérer la demande et supprimer toute section lorsqu'elle n'est pas nécessaire.
- Applications industrielles
- De la commande de moteur à la machinerie lourde jusqu'à 30 kA (30,000 XNUMX A), les alimentations sont contrôlées à l'aide de MCB et de leurs homologues robustes, les MCCB (Molded Case Circuit Breakers
Fonctionnement du MCB
Comme nous en avons discuté ci-dessus, il y a quelques composants clés à l'intérieur d'un MCB :
- Loquet
- Solénoïde
- Interrupteur
- Piston
- Terminal entrant
- Arc Chutes Titulaire
- Chutes d'arc
- Contact dynamique
- Contact fixe
- Support de rail DIN
- Terminal sortant
- Support de bande bimétallique
- Bande bi-métal
Dans son fonctionnement normal, le contact dynamique et le contact fixe sont connectés ensemble lorsque l'interrupteur est en position ON. À ce stade, le piston est également tendu à l'aide du ressort intégré, prêt à se relâcher en cas de besoin.
Le courant passe de la borne d'entrée à la borne de départ à travers les contacts fixes et dynamiques et le bilame.
Lorsque le courant dépasse le seuil du MCB, la bande bimétallique commence à dévier vers un côté. Lorsqu'il dévie au-delà du seuil maximum (ce qui signifie que le courant est trop élevé), il active le solénoïde et libère instantanément le piston. Cette action rompt le contact entre les contacts dynamiques et fixes en éloignant le contact dynamique du contact fixe.
La figure ci-dessous montre l'état de fonctionnement normal (à gauche) et l'état déclenché (ouvert) d'un MCB.
Une fois déclenchés, les MCB ne peuvent pas s'allumer automatiquement. Un utilisateur doit allumer manuellement le MCB pour rétablir l'alimentation du circuit. Cela rappelle à l'électricien de vérifier le circuit pour toute erreur et de les corriger avant de remettre le circuit sous tension.
Comment sélectionner le MCB approprié pour différentes charges ?
Bien que tous les types de MCB suivent le même principe de fonctionnement, ils n'ont pas les mêmes performances en termes de temps de réponse et de courant nominal. Par conséquent, il peut ne pas être approprié de remplacer un MCB par un type différent.
Lors de l'achat/de la sélection d'un disjoncteur miniature pour une application particulière, la pratique habituelle consiste à calculer les exigences de courant du circuit à commuter et à sélectionner un MCB qui a le même courant nominal ou un meilleur. Il s'agit généralement d'une mauvaise pratique car il existe un ensemble d'informations associées à un MCB qui nécessite une attention particulière.
Commençons par les marquages que l'on retrouve sur le corps d'un MCB.
Il y a un certain nombre de paramètres marqués sur un boîtier MCB. Parfois, tous ne seront pas disponibles sur les MCB d'un fabricant particulier, mais les marquages les plus importants seront toujours imprimés sur l'unité.
Examinons les attributs que nous devons prendre en compte lors de la sélection d'un MCB :
- Courbe nominale du MCB
- Marqué comme Axx, Bxx, Cxx, Dxx, Kxx ou Zxx (où xx est le courant en ampères), cela indique l'application à laquelle le MCB est destiné. Par exemple, Type B est plus adapté aux charges purement résistives telles que l'éclairage et le chauffage. C est destiné aux charges inductives telles que les ventilateurs et les moteurs. Taper C est courant car il peut également gérer facilement des charges résistives pures. Taper D est destiné aux charges hautement inductives telles que les moteurs puissants (pompes à eau, pompes submersibles, ventilateurs industriels), etc. Bien que peu courants, les types A, K et Z sont également présents. Le type A est extrêmement sensible et K et Z sont moins sensibles que B, C et D.
- Tension de fonctionnement
- Cette tension est mentionnée en relation avec le comptage de phase du système. Si le MCB est destiné à être utilisé dans un système monophasé, la tension sera de 230 V ou 240 V. Pour un système triphasé, il sera marqué comme 400V ou 415V.
- Pouvoir de coupure du MCB
- Il s'agit du courant maximal absolu que le MCB peut couper en toute sécurité en cas de situation de courant d'appel/de court-circuit extrêmement important. Ceci est écrit en chiffres. Par exemple, le MCB illustré ci-dessus porte la mention « 6000 ». Cela signifie que le MCB peut interrompre en toute sécurité des courants jusqu'à 6000A (6kA).
- classe énergétique
- Indiquée en Joules par seconde, il s'agit de l'énergie maximale que le MCB peut être autorisé à exister en permanence dans le système. Il existe trois classes, 1 à 3, qui indiquent ce paramètre. Le MCB montré ici est de classe 3, ce qui permet 1.5 joules/seconde
Le reste des informations est spécifique au fabricant et peut varier d'un fabricant à l'autre.
Disjoncteur miniature vs disjoncteur
Dans le contexte d'un électricien, le disjoncteur miniature et le disjoncteur sont connus pour être le même appareil. Du point de vue de l'ingénierie, le disjoncteur est une version plus robuste du MCB qui permet une commutation sûre des circuits haute tension. Les MCB sont utilisés dans des applications plus compactes et basse tension.
Conclusion
Dans cet article, nous avons discuté en profondeur des disjoncteurs miniatures, de leur principe de fonctionnement et de leurs applications. Les MCB sont des dispositifs de protection de circuit électrique très populaires et efficaces qui protègent les appareils et le câblage contre les surintensités et peuvent prévenir les risques d'incendie et de choc électrique.
