Téléchargez notre catalogue de produits 2025 pour obtenir les schémas détaillés et les paramètres techniques de tous les composants des appareillages de commutation.
Obtenir le catalogue Téléchargez notre catalogue de produits 2025 pour obtenir les schémas détaillés et les paramètres techniques de tous les composants des appareillages de commutation.
Obtenir le catalogue
Les catégories d'utilisation classent les contacteurs électriques en fonction des conditions de commutation auxquelles ils doivent résister lorsqu'ils commandent des types de charge spécifiques. Pour les applications de commande de moteurs à moyenne tension, ces catégories définissent l'intensité du courant, le facteur de puissance et la fréquence de fonctionnement auxquels un contacteur est soumis pendant les opérations de fermeture et d'ouverture, paramètres qui déterminent directement si un contacteur à vide aura une durée de vie conforme à celle prévue ou s'il tombera en panne prématurément.
La Commission électrotechnique internationale a établi ce système de classification dans la norme CEI 60947-4-1, initialement pour les contacteurs basse tension. Les applications moyenne tension suivent les mêmes définitions de catégories, avec des exigences d'essai adaptées dans la norme CEI 62271-106 pour les contacteurs haute tension et les démarreurs de moteurs à contacteurs.
Chaque catégorie d'utilisation spécifie quatre paramètres critiques :
Pour les moteurs à induction à cage d'écureuil, le type de moteur le plus répandu dans les applications industrielles à moyenne tension, deux catégories sont particulièrement importantes : AC-3 et AC-4. La distinction repose sur une question : à quel moment de la courbe d'accélération du moteur le contacteur interrompt-il le courant ? La réponse détermine si l'érosion des contacts s'accumule progressivement au fil de centaines de milliers d'opérations ou rapidement au cours de quelques dizaines de milliers d'opérations.
La distinction fondamentale entre AC-3 et AC-4 réside dans la contrainte électrique imposée au moment de la séparation des contacts. AC-3 s'applique au démarrage des moteurs à cage d'écureuil et à leur arrêt lorsqu'ils fonctionnent à vitesse normale. AC-4 couvre les opérations de démarrage, de branchement, de démarrage progressif et d'inversion où les contacts doivent interrompre de manière répétée le courant à rotor bloqué.
AC-3 : Commutation de moteur à service normal
Lorsqu'un moteur atteint sa vitesse maximale, le courant chute aux niveaux opérationnels nominaux avant que le contacteur à vide ne s'ouvre. Conformément à la norme CEI 60947-4-1, section 4.3.5.1, les contacteurs classés AC-3 doivent supporter des courants d'environ 6 fois le courant nominal de fonctionnement (Ie) pendant le démarrage du moteur, mais l'interruption ne se produit qu'à 1 fois Ie. Le facteur de puissance pendant la coupure varie généralement entre 0,85 et 0,90, ce qui réduit considérablement l'énergie de l'arc pendant la séparation des contacts.
Dans les installations pétrochimiques et les usines de traitement des eaux, l'AC-3 représente le scénario de commutation le plus courant. La force contre-électromotrice du moteur réduit considérablement la tension de récupération apparaissant dans l'espace sous vide. Les essais sur le terrain réalisés sur des contacteurs à vide de 7,2 kV montrent des courants de coupure compris entre 200 A et 400 A pour les applications moteurs classiques, avec des distances d'espace de contact de 6 à 10 mm offrant une rigidité diélectrique adéquate.
AC-4 : Commutation de moteur à usage intensif
Dans des conditions AC-4, le contacteur à vide doit couper le courant à 6× Ie avec un facteur de puissance de seulement 0,35 à 0,40. Il n'y a pas d'assistance par force contre-électromotrice, car le rotor reste immobile ou tourne en sens inverse. L'interrupteur à vide doit éteindre les arcs avec un courant prospectif complet circulant à travers les surfaces de contact en CuCr à la tension nominale maximale.
La relation entre l'arc et l'énergie explique la gravité :
Énergie de l'arc ∝ I² × t × (1 – cos φ)
Le faible facteur de puissance signifie que le courant et la tension sont considérablement déphasés, les passages à zéro du courant se produisant sous une tension de récupération plus élevée. Cela se traduit par un échauffement intense de l'arc, une plus grande érosion du cuivre-chrome par opération et une accumulation plus rapide de l'usure de l'espace de contact.
[Avis d'expert : observations sur le terrain concernant les performances des modèles AC-3/AC-4]
Le cadre IEC définit plusieurs catégories d'utilisation CA, chacune correspondant à des types de charge et des conditions de commutation spécifiques. Pour les contacteurs à vide moyenne tension commandant des moteurs à induction à cage d'écureuil, les spécifications AC-3 et AC-4 prédominent, mais il est utile de comprendre l'ensemble de la famille pour mieux replacer le contexte.
| Catégorie | Demande | Créer un courant | Casser le courant | cos φ |
|---|---|---|---|---|
| AC-1 | Charges non inductives ou légèrement inductives | 1,5 × Ie | C'est-à-dire | 0.95 |
| AC-2 | Moteurs à bagues collectrices : démarrage, arrêt | 2,5 × Ie | 2,5 × Ie | 0.65 |
| AC-3 | Moteurs à cage d'écureuil : démarrage, fonctionnement, arrêt | 6 × Ie | C'est-à-dire | 0.35 |
| AC-4 | Moteurs à cage d'écureuil : branchement, démarrage progressif, marche par à-coups | 6 × Ie | 6 × Ie | 0.35 |
La distinction essentielle réside dans la colonne « courant de rupture ». AC-3 suppose l'interruption d'un moteur tournant à une vitesse proche de sa vitesse maximale, le courant ayant chuté aux niveaux opérationnels nominaux. AC-4 suppose une interruption dans des conditions de rotor bloqué ou proches : un courant six fois plus élevé avec une énergie d'arc nettement plus importante à éteindre.
AC-2 s'applique spécifiquement aux moteurs à bagues collectrices (à rotor bobiné), qui ont des caractéristiques de démarrage différentes et sont moins courants dans les installations MT modernes. AC-1 couvre les charges résistives et légèrement inductives telles que les éléments chauffants, qui sont rarement la principale préoccupation lors du choix d'un contacteur à vide dans les applications de commande de moteurs.
Les paramètres AC-3 critiques comprennent : une endurance électrique ≥ 1 × 106 cycles de fonctionnement à courant nominal, une endurance mécanique jusqu'à 3 × 106 opérations et des taux d'érosion des contacts généralement < 0,1 μg par ampère-seconde de durée d'arc.Pour les ingénieurs qui spécifient des contacteurs à vide MT, la question devient simple : ce moteur sera-t-il jamais arrêté avant d'atteindre sa vitesse maximale ? Si oui, la classe AC-4 s'applique. Si le moteur atteint toujours sa vitesse maximale avant de s'arrêter, la classe AC-3 suffit.
Les contacts CuCr (cuivre-chrome) de l'interrupteur à vide supportent toute la charge électrique du service AC-4. Comprendre le mécanisme d'usure permet d'expliquer pourquoi le choix de la catégorie d'utilisation a un impact direct sur les intervalles de maintenance et le coût sur la durée de vie.
Pendant l'interruption AC-3, l'arc diffus sous vide se propage sur toute la surface de contact, répartissant l'énergie thermique de manière relativement uniforme. L'intensité du courant est faible (1× Ie) et le facteur de puissance favorable signifie que la durée de l'arc avant le passage à zéro du courant est brève. La perte de matière au niveau des contacts par opération reste minime.
Les conditions AC-4 créent un comportement d'arc fondamentalement différent. À 6× Ie avec un facteur de puissance de 0,35, l'arc passe d'un mode diffus à un mode restreint. L'énergie se concentre en des points localisés sur la surface de contact, provoquant :
Les contacts CuCr standard avec une teneur en chrome de 25 à 50% constituent la base pour la commutation des moteurs. Pour les conditions de service AC-4 sévères, les fabricants peuvent spécifier :
L'écart entre les contacts, généralement compris entre 8 et 12 mm pour les contacteurs MT de 7,2 kV, doit conserver une rigidité diélectrique adéquate même en cas d'érosion cumulative. Un niveau de vide inférieur à 10⁻³ Pa permet une désionisation rapide des arcs métalliques, mais des interruptions répétées à haute énergie dégradent progressivement l'environnement interne en raison de la contamination du blindage et de l'épuisement du getter.
Pour mieux comprendre la conception des interrupteurs à vide et la physique de l'extinction de l'arc, consultez notre guide complet : Qu'est-ce qu'un interrupteur à vide et comment fonctionne-t-il ?
[Avis d'expert : Gestion des contacts]
Le fait d'adapter la catégorie d'utilisation au cycle de service réel permet d'éviter à la fois les pannes prématurées et les surdimensionnements inutiles. C'est le profil d'application, et non la seule plaque signalétique du moteur, qui détermine les spécifications correctes.
Applications AC-3 typiques dans les systèmes MT :
Ces applications ont une caractéristique commune : le moteur accélère jusqu'à la vitesse de fonctionnement avant la commande d'arrêt. Le contacteur n'interrompt que le courant nominal dans des conditions de facteur de puissance favorables.
Applications typiques de l'AC-4 dans les systèmes MT :
Les opérations minières présentent un défi particulier. Les systèmes de convoyage peuvent fonctionner principalement en mode AC-3, mais nécessitent parfois un fonctionnement par à-coups pour le positionnement de maintenance. Un contacteur spécifié uniquement pour un service AC-3 subira une usure accélérée pendant ces cycles AC-4.
Calcul des droits mixtes
Les applications concrètes combinent souvent les deux types de service. L'approche CEI permet de calculer l'usure équivalente :
Opérations AC-3 équivalentes = opérations AC-3 + (k × opérations AC-4)
Le multiplicateur k varie généralement entre 3 et 10 selon les données d'essai du fabricant. Pour une grue effectuant 50 démarrages/arrêts normaux et 5 cycles de déplacement lent par jour, l'usure AC-3 équivalente pourrait être de 50 + (5 × 8) = 90 opérations par jour plutôt que 55.
Découvrez notre gamme complète de contacteurs à vide conçus pour les services AC-3 et AC-4 : Fabricant de contacteurs à vide
Pour sélectionner la catégorie appropriée, il faut analyser le profil d'exploitation réel plutôt que d'appliquer des facteurs de sécurité génériques. Quatre questions guident l'évaluation :
La réalité du déclassement
Un contacteur classé pour un service AC-3 ne peut pas simplement servir pour des applications AC-4 avec le même courant nominal. Les approches standard comprennent :
| Paramètre | Classification AC-3 | Classification AC-4 (même cadre) |
|---|---|---|
| Courant nominal de fonctionnement | 400 A | 200 Un exemple typique |
| Endurance électrique | 500 000 à 2 000 000 opérations | 100 000 à 500 000 opérations |
| Érosion par contact pour 1 000 opérations | 0,002 à 0,005 mm | 0,01 à 0,02 mm |
Le choix d'un cadre de plus grande taille permet de maintenir l'intensité nominale requise dans des conditions AC-4. Certains fabricants proposent des matériaux de contact améliorés, tels que le tungstène-cuivre (WCu) ou l'argent-carbure de tungstène (AgWC), pour les applications à usage intensif où l'augmentation de la taille du cadre n'est pas envisageable.
Vérification des normes
Les fabricants doivent démontrer leur conformité au moyen d'essais de type conformément à la norme CEI 62271-106 [VÉRIFIER LA NORME : confirmer que l'édition actuelle s'applique à la classe de tension spécifique]. Les essais de type vérifient la capacité de fermeture et d'ouverture aux valeurs nominales de la catégorie, la résistance électrique au moyen de cycles d'essai réduits extrapolés à la durée de vie nominale, et la résistance diélectrique après les opérations de commutation.
Lorsque vous préparez les spécifications pour l'achat d'un contacteur à vide, veuillez vous référer à notre guide détaillé : Liste de contrôle VCB RFQ : Exigences techniques
XBRELE fabrique des contacteurs à vide moyenne tension de 3,6 kV à 12 kV, conçus pour offrir des performances fiables dans les catégories d'utilisation AC-3 et AC-4. Nos interrupteurs à vide sont dotés de matériaux de contact CuCr optimisés avec une teneur en chrome contrôlée pour des caractéristiques d'érosion de l'arc constantes tout au long de leur durée de vie.
Chaque contacteur est soumis à des tests de routine afin de vérifier la tension de tenue à la fréquence industrielle, la résistance du circuit principal et les paramètres de fonctionnement mécanique. Des rapports d'essais de type faisant référence à des catégories d'utilisation spécifiques sont disponibles sur demande, fournissant la documentation requise pour les spécifications du projet et les programmes d'assurance qualité.
Pour les applications impliquant un service mixte AC-3/AC-4 ou des profils de fonctionnement inhabituels, notre équipe d'ingénieurs fournit des conseils techniques afin de déterminer la taille appropriée et le choix des matériaux de contact. Que votre application implique une commande de moteur de pompe standard ou des opérations de grutage exigeantes avec des cycles de déplacement fréquents, une correspondance adéquate entre la catégorie d'utilisation et l'application garantit des performances de commutation fiables et des intervalles de maintenance prévisibles.
Pour obtenir des conseils sur les considérations relatives à l'environnement d'installation, consultez notre ressource de sélection : Guide de sélection des VCB d'intérieur et d'extérieur
Pour connaître l'ensemble des exigences en matière d'essais et les définitions des catégories d'utilisation, veuillez vous reporter aux normes publiées par le Commission électrotechnique internationale.
Q1 : Qu'est-ce qui détermine si mon application nécessite des contacteurs classés AC-3 ou AC-4 ?
A1 : Le facteur clé est de savoir si le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement maximale avant l'ouverture du contacteur. Si le moteur accélère toujours complètement avant de s'arrêter, la norme AC-3 s'applique. Si les opérations comprennent des mouvements par à-coups, des mouvements progressifs, des blocages ou tout arrêt avant la vitesse maximale, les exigences de la norme AC-4 régissent le choix du contacteur.
Q2 : Dans quelle mesure le service AC-4 réduit-il la durée de vie des contacteurs à vide par rapport au service AC-3 ?
A2 : L'endurance électrique dans des conditions AC-4 chute généralement à 10-30% de la durée de vie AC-3 pour des châssis de contacteurs identiques, principalement en raison de la multiplication par six du courant de coupure et de l'énergie d'arc associée à chaque opération.
Q3 : Puis-je appliquer un coefficient de sécurité à un contacteur classé AC-3 pour des opérations AC-4 occasionnelles ?
A3 : Les opérations AC-4 occasionnelles nécessitent des calculs d'usure équivalents plutôt que de simples facteurs de sécurité. Multipliez le nombre de cycles AC-4 par 3 à 10 (selon les données du fabricant) et ajoutez-le aux opérations AC-3 pour estimer l'accumulation réelle de l'usure par contact.
Q4 : Quels sont les matériaux de contact les mieux adaptés à une utilisation intensive AC-4 dans les contacteurs à vide MT ?
A4 : Les alliages CuCr à haute teneur en chrome (50–75% Cr) avec des microstructures à grains affinés offrent une résistance supérieure à l'érosion par arc, tandis que les géométries de contact à champ spiralé répartissent l'énergie de l'arc sur toute la surface de contact afin de réduire l'usure localisée.
Q5 : Comment puis-je vérifier qu'un contacteur à vide est correctement dimensionné pour ma catégorie d'utilisation spécifiée ?
A5 : Demandez des certificats d'essai de type faisant référence à la catégorie d'utilisation spécifique et à la puissance nominale actuelle de votre application. Les essais effectués conformément à la norme CEI 62271-106 doivent démontrer la capacité de fermeture, la capacité de coupure et l'endurance électrique dans la catégorie déclarée.
Q6 : La tension de fonctionnement a-t-elle une incidence sur les exigences relatives à la catégorie d'utilisation ?
A6 : Les définitions des catégories d'utilisation s'appliquent de manière cohérente à toutes les classes de tension, mais les tensions système plus élevées augmentent la contrainte de tension de récupération pendant l'interruption, ce qui rend le choix de la catégorie appropriée encore plus critique pour les applications 7,2 kV et 12 kV.
Q7 : Quels indicateurs de maintenance suggèrent qu'un contacteur a dépassé sa catégorie d'utilisation nominale ?
A7 : L'augmentation des mesures de résistance de contact, l'allongement des temps d'arc pendant l'interruption, l'érosion visible des contacts au-delà des limites fixées par le fabricant et la réduction de la capacité de résistance diélectrique indiquent tous une accumulation de contraintes susceptible de dépasser les hypothèses de conception pour la catégorie nominale.
