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Les disjoncteurs moyenne tension ont besoin de dispositifs auxiliaires pour déclencher leur ouverture dans des conditions anormales. Deux mécanismes dominent : le bobine de déclenchement shunt et le déclencheur à minimum de tension (UVR). Tous deux déverrouillent le mécanisme de stockage d'énergie du disjoncteur, mais ils fonctionnent selon une logique électrique fondamentalement opposée. Un déclencheur à émission est sous tension pour se déclencher. Un déclencheur à minimum de tension se désexcite pour se déclencher.
Cette relation inverse détermine la topologie du circuit de commande, le comportement en cas de défaillance, la philosophie de sécurité et la stratégie de maintenance. Les ingénieurs qui considèrent ces dispositifs comme interchangeables risquent de spécifier des systèmes qui tombent dangereusement en panne ou qui se déclenchent de manière intempestive en fonctionnement normal.
La distinction fondamentale réside dans la logique de fonctionnement électrique et le comportement en cas de défaillance.
Bobine de déclenchement à shunt : Energize-to-Trip
Une bobine de déclenchement à émission reste hors tension pendant le fonctionnement normal du disjoncteur. Lorsque la tension de commande - généralement 110 V CC ou 220 V CA dans les applications MT - alimente le solénoïde, la force électromagnétique libère le verrou de maintien du disjoncteur. La bobine n'a besoin que d'une excitation momentanée, généralement de 50 à 100 ms, pour compléter la séquence de déclenchement.
Les mises en service sur le terrain dans les sous-stations industrielles font état de temps de réponse de 20 à 50 ms entre la mise sous tension de la bobine et la séparation des contacts. Les bobines de déclenchement à émission consomment de 50 à 200 W pendant le fonctionnement, avec un courant d'appel atteignant 5 à 10 fois les valeurs en régime permanent. Selon la norme IEC 62271-100, les circuits auxiliaires doivent fonctionner de manière fiable à 85-110% de la tension de commande nominale.
Déclenchement à minimum de tension : Désexcitation jusqu'au déclenchement
Un déclencheur à minimum de tension fonctionne à l'inverse. La bobine reste continuellement sous tension pendant le fonctionnement normal, maintenant un verrou mécanique à ressort en position de retenue. Lorsque la tension d'alimentation tombe en dessous du seuil de déclenchement - typiquement 35-70% de la tension nominale - le ressort surmonte l'affaiblissement du maintien électromagnétique et déclenche le disjoncteur.
Les essais révèlent des temps d'arrêt de l'UVR de 15 à 40 ms après l'effondrement de la tension en dessous du seuil. La consommation électrique continue varie de 5 à 15 W, ce qui crée une demande d'énergie auxiliaire permanente que les déclenchements de shunt permettent d'éviter.
Compréhension le fonctionnement des disjoncteurs à vide fournit un contexte essentiel, puisque les deux dispositifs s'intègrent au mécanisme de fonctionnement à ressort de la VCB par le biais de la même interface de barre de déclenchement.
| Paramètre | Bobine de déclenchement à shunt | Déclencheur de sous-tension |
|---|---|---|
| Logique de déclenchement | L'application d'une tension provoque un déclenchement | La perte de tension provoque un déclenchement |
| État normal | Hors tension (pas de consommation d'énergie) | Continuellement sous tension |
| Consommation électrique | 50-200 W momentané | 5-15 W en continu |
| Temps de réponse | 20-50 ms | 15-40 ms |
| Biais d'échec | Défaut de fermeture (pas de déclenchement en cas de défaillance de la bobine) | Défaut d'ouverture (se déclenche en cas de défaillance de la bobine) |
| Plage de tension de contrôle | 85-110% de notée | Abandon à 35-70% de notés |
| Fonctionnement de la bobine | Momentané (intermittent) | En continu |
| Applications typiques | Sorties de relais de protection, verrouillages de systèmes d'incendie, arrêts d'urgence | Verrouillages de sécurité, isolation de sécurité, alimentation des moteurs |
La distinction du biais de défaillance détermine la plupart des décisions de sélection. Les déclencheurs à dérivation ont une tendance au non-fonctionnement - le disjoncteur reste fermé alors qu'il devrait s'ouvrir. Les déclencheurs UVR ont pour objectif le fonctionnement - le disjoncteur s'ouvre alors qu'il n'y a pas de défaut réel. Aucun des deux n'est universellement supérieur ; c'est l'application qui détermine quel mode de défaillance est acceptable.
Quand spécifier un déclenchement par shunt
Les bobines de déclenchement à émission conviennent aux applications où :
Les installations typiques comprennent les disjoncteurs de générateurs avec protection contre l'inversion de puissance, les déconnexions de pompes à incendie avec verrouillage du système d'arrosage et les alimentations de transformateurs avec entrées de relais de pression soudaine.
Quand spécifier le déclenchement à minimum de tension
Les déclencheurs à minimum de tension conviennent aux applications où :
Les installations typiques comprennent les alimentations de moteurs nécessitant un arrêt sûr en cas de défaillance de la commande, les disjoncteurs de liaison entre des bus indépendants et les disjoncteurs d'isolement dans les zones à haut risque.
[Regard d'expert : Philosophie de la sélection]
- Les installations pétrochimiques exigent généralement des UVR pour les alimentations de moteurs dans les zones classées - la perte de puissance de contrôle doit garantir l'arrêt de l'équipement.
- Les centres de données préfèrent souvent un déclenchement par shunt pour éviter les pannes en cascade dues aux transitoires de l'alimentation de contrôle.
- Lorsque les deux dispositifs apparaissent sur le même disjoncteur, vérifiez que la logique de contrôle tient compte de leur interaction ; le fait de spécifier les deux dispositifs sans séparation fonctionnelle claire crée une confusion au niveau de la maintenance.
- Toujours vérifier que la source de tension de commande est indépendante du circuit à protéger.
Circuit de déclenchement shunt
Un circuit de déclenchement de base est constitué des éléments suivants
[+DC] ──┬──── [Relais de protection NO] ── [52a Aux] ── [Shunt Coil] ── [-DC]
│
└─── [Manual Trip PB NO] ─────────────────────┘
Le contact auxiliaire 52a s'ouvre lorsque le disjoncteur se déclenche, interrompant le courant dans la bobine. Sans ce contact, la bobine reste continuellement sous tension si le contact d'amorçage s'enclenche, ce qui provoque une destruction thermique en quelques secondes.
Circuit de déclenchement en cas de sous-tension
Un circuit UVR de base se compose de
[+DC] ── [Interrupteur de commande principal] ── [Interverrouillage de sécurité NC] ── [Bobine UVR] ── [-DC]
Chaque contact normalement fermé en série représente une condition de déclenchement. L'ouverture d'un contact fait chuter la tension à l'UVR, ce qui déclenche l'ouverture du disjoncteur.
Notes critiques sur la conception
Les bobines de courant continu et de courant alternatif ne sont pas interchangeables. Les bobines de courant continu sur le service de courant alternatif émettent des cliquetis en raison de l'absence d'anneaux d'ombrage. Les bobines AC sur un service DC surchauffent parce qu'elles manquent d'impédance pour limiter le courant. Vérifiez toujours que la tension nominale de la bobine correspond exactement au type d'alimentation.
Pour des conseils faisant autorité sur les tests des dispositifs auxiliaires, consulter IEEE C37.09 couvrant les procédures d'essai des disjoncteurs.
La compréhension des modes de défaillance permet d'éclairer la stratégie de sélection et de maintenance.
Modes de défaillance des déclencheurs à émission
| Échec | Cause | Conséquence |
|---|---|---|
| Circuit ouvert de la bobine | Dommages thermiques, défaillance de la connexion | Commande de déclenchement ignorée ; le disjoncteur reste fermé |
| Court-circuit de la bobine | Rupture d'isolation | Le fusible de contrôle saute ; le déclenchement peut échouer |
| Liaison mécanique | Corrosion, débris, désalignement | Force insuffisante pour déverrouiller le mécanisme |
| Contact auxiliaire soudure | Dommages dus à l'arc électrique, usure mécanique | Brûlure de la bobine lors de la prochaine commande de déclenchement |
Biais d'échec net : Les déclencheurs de shunt ne fonctionnent pas. Le disjoncteur reste fermé alors qu'il devrait s'ouvrir.
Modes de défaillance du déclencheur à minimum de tension
| Échec | Cause | Conséquence |
|---|---|---|
| Circuit ouvert de la bobine | Dommages thermiques, défaillance de la connexion | Déclenchement immédiat ; le disjoncteur ne peut pas rester fermé |
| Fatigue printanière | Cyclisme, âge, mauvais réglage | Déclenchement intempestif intermittent |
| Liaison mécanique | Corrosion, contamination | Fonction de déclenchement désactivée ; le disjoncteur reste fermé |
| Défaillance de l'alimentation de contrôle | Fusible, transformateur, défaut de câblage | Voyage immédiat (à dessein) |
Biais d'échec net : Les défaillances électriques des UVR provoquent généralement des déclenchements intempestifs. Les défaillances mécaniques peuvent empêcher le déclenchement - une situation moins courante mais plus dangereuse.
Les ingénieurs qui choisissent des composants provenant d'un fabricant de disjoncteurs à vide doit vérifier que les options de dispositifs auxiliaires répondent aux exigences spécifiques en matière de tension et d'interface mécanique.
[Regard d'expert : Observations de défaillances sur le terrain].
- La brûlure de la bobine de déclenchement du shunt résulte le plus souvent de l'absence ou de la défaillance des contacts auxiliaires 52a - toujours vérifier le fonctionnement des contacts auxiliaires lors de la mise en service.
- Les déclenchements intempestifs de l'UVR sont souvent liés au dimensionnement du transformateur de commande ; le courant de maintien continu de l'UVR peut provoquer un affaissement de la tension en dessous du seuil de chute lors du démarrage du moteur sur le même bus de commande.
- Dans les environnements à forte humidité, les mécanismes de ressort des UVR présentent une liaison liée à la corrosion après 8 à 12 ans ; les installations côtières nécessitent une inspection plus fréquente.
- La mesure de la résistance de la bobine pendant l'entretien de routine permet de détecter la dégradation du bobinage avant qu'il ne tombe en panne.
Effets de la température
La résistance de la bobine augmente avec la température, réduisant la force de maintien (UVR) ou la force de déclenchement (déclenchement par shunt). À des températures ambiantes élevées, la tension de chute de l'UVR augmente, ce qui peut entraîner des déclenchements intempestifs pendant les périodes de pointe de l'été. Inversement, les environnements froids épaississent les lubrifiants sur les liaisons mécaniques, augmentant les frottements et risquant de bloquer les mécanismes de déclenchement.
Intervalles de maintenance
Pour les bobines de déclenchement à émission :
Pour les déclencheurs à minimum de tension :
Les procédures d'entretien doivent s'intégrer dans des programmes de composants d'appareillage de connexion afin de garantir une couverture systématique de tous les dispositifs auxiliaires.
XBRELE fabrique des disjoncteurs à vide et des composantes d'appareillage de commutation avec une compatibilité totale avec les dispositifs auxiliaires. Notre équipe d'ingénieurs fournit :
Compréhension technologie de l'interrupteur à vide aide à contextualiser la façon dont les déclencheurs auxiliaires s'intègrent aux composants d'interruption primaires dans les appareillages de commutation MT modernes.
Contactez XBRELE aujourd'hui pour obtenir de l'aide sur les spécifications ou pour demander un devis pour des disjoncteurs à vide avec des déclencheurs auxiliaires correctement adaptés.
Q : Puis-je installer un déclencheur à émission et une bobine d'ouverture à minimum de tension sur le même disjoncteur ?
R : La plupart des disjoncteurs MT s'adaptent mécaniquement aux deux dispositifs, mais la logique de contrôle devient complexe et nécessite une coordination minutieuse pour éviter les signaux de déclenchement contradictoires ou la confusion de la maintenance pendant les essais.
Q : Que se passe-t-il si j'utilise une bobine en courant continu sur une alimentation en courant alternatif ?
R : La bobine va cliqueter en permanence parce que les bobines à courant continu n'ont pas les anneaux d'ombrage que les bobines à courant alternatif utilisent pour maintenir la force magnétique à travers les points de passage à zéro, ce qui entraîne une usure mécanique rapide et une détérioration potentielle du mécanisme.
Q : Comment puis-je tester une bobine de déclenchement sans provoquer le déclenchement du disjoncteur pendant son fonctionnement ?
R : De nombreux fabricants fournissent des bornes d'essai isolées qui permettent de vérifier l'alimentation de la bobine par la mesure du courant sans enclencher le verrou de déclenchement mécanique - consultez la documentation de votre disjoncteur spécifique pour connaître la disponibilité des ports d'essai.
Q : Pourquoi mon UVR provoque-t-il des déclenchements intempestifs lors du démarrage des moteurs sur les lignes d'alimentation adjacentes ?
R : Le transformateur de commande subit probablement un affaissement de la tension en dessous du seuil de chute de l'UVR pendant l'appel de courant du moteur ; les solutions comprennent une alimentation de commande dédiée, un transformateur plus grand ou l'ajout d'un relais à retardement de 0,5 à 2 secondes.
Q : Quelle est la durée de vie typique des déclencheurs auxiliaires dans les tableaux de distribution MT ?
R : Les bobines de déclenchement à émission sont généralement utilisées pendant 5 000 à 10 000 opérations ou 15 à 20 ans dans des conditions de service normales, tandis que les bobines UVR peuvent devoir être remplacées plus tôt en raison de leur mise sous tension continue et des contraintes thermiques qui y sont associées.
Q : Quel est le meilleur dispositif pour les applications d'arrêt d'urgence ?
R : Le déclenchement par shunt est généralement préféré pour l'arrêt d'urgence car il nécessite l'application d'un signal actif pour se déclencher ; l'UVR provoquerait des déclenchements intempestifs si le câblage de l'arrêt d'urgence était endommagé, déconnecté ou perdait de l'énergie pour une raison ou une autre.
Q : La puissance de commande de l'UVR doit-elle provenir du même bus que celui que le disjoncteur protège ?
R : Évitez généralement cette topologie - si l'UVR déclenche le disjoncteur alimentant son propre transformateur de commande, il en résulte une condition de verrouillage où le disjoncteur ne peut pas se refermer sans un rétablissement externe de l'alimentation.
