MCB (disjoncteur miniature) - Construction, fonctionnement, types et applications

Qu'est-ce que le MCB (disjoncteur miniature) – Construction, fonctionnement, types et Applications

Introduction aux disjoncteurs miniatures (MCB)

Tous les fusibles doivent être remplacés par un « disjoncteur miniature » ​​MCB pour une meilleure sécurité et un meilleur contrôle lorsqu'ils ont fait leur travail dans le passé. Contrairement à un fusible, un MCB fonctionne comme un interrupteur automatique qui s'ouvre en cas de courant excessif traversant le circuit et une fois que le circuit revient à la normale, il peut être refermé sans aucun remplacement manuel.

Les MCB sont principalement utilisés comme alternative à l'interrupteur à fusibles dans la plupart des circuits. Une grande variété de disjoncteurs ont été utilisés de nos jours avec un pouvoir de coupure de 10 KA à 16 KA, dans tous les domaines des applications domestiques, commerciales et industrielles comme moyen de protection fiable.

Qu'est-ce qu'un disjoncteur miniature (MCB) ?

Un MCB ou disjoncteur miniature est un dispositif électromagnétique qui réalise une enveloppe complète dans un matériau isolant moulé. La fonction principale d'un MCB est de commuter le circuit, c'est-à-dire d'ouvrir automatiquement le circuit (qui lui a été connecté) lorsque le courant qui le traverse (MCB) dépasse la valeur pour laquelle il est réglé. Il peut être allumé et éteint manuellement comme un interrupteur normal si nécessaire.

Les MCB sont des déclencheurs temporisés, pour lesquels l'amplitude de la surintensité contrôle le temps de fonctionnement. Cela signifie qu'ils sont activés chaque fois que des surcharges existent suffisamment longtemps pour créer un danger pour le circuit protégé.

Par conséquent, les MCB ne répondent pas aux charges transitoires telles que les surtensions des interrupteurs et les courants de démarrage des moteurs. Généralement, ceux-ci sont conçus pour fonctionner en moins de 2,5 millisecondes lors de défauts de court-circuit et de 2 secondes à 2 minutes en cas de surcharge (selon le niveau de courant).

Un aspect externe typique d'un MCB est illustré dans la figure. Les MCB sont fabriqués dans différentes versions de pôles telles que des structures unipolaires, bipolaires, tripolaires et tétrapolaires avec différents niveaux de courant de défaut.

La plupart du temps, les MCB sont liés pour donner des versions bipolaires et tripolaires de sorte qu'un défaut dans une ligne interrompra le circuit complet et, par conséquent, une isolation complète du circuit est fournie. Cette fonctionnalité sera utile en cas de protection moteur monophasé en triphasé.

Ceux-ci sont évalués à 220 V pour l'alimentation en courant continu et 240/415 pour l'alimentation en courant alternatif (monophasé et triphasé) avec une capacité de courant de court-circuit différente. En règle générale, les appareils monophasés ont une plage de courant de charge allant jusqu'à 100 A. Certains MCB ont la possibilité d'ajuster leur capacité de courant de déclenchement tandis que certains appareils sont fixés pour un certain courant de charge et un courant nominal de court-circuit.

Les MCB sont utilisés pour effectuer de nombreuses fonctions telles que les interrupteurs de commande locaux, les interrupteurs d'isolement contre les défauts et les dispositifs de protection contre les surcharges pour les installations ou les équipements ou appareils spécifiques.

Construction du MCB

Un MCB incarne une enceinte complète dans un matériau isolant moulé. Cela fournit un boîtier mécaniquement solide et isolé.

Le système de commutation se compose d'un contact fixe et d'un contact mobile auxquels sont connectés les fils entrants et sortants. Les parties métalliques ou conductrices de courant sont constituées d'un alliage électrolytique de cuivre ou d'argent selon le calibre du disjoncteur.

Comme les contacts sont séparés en cas de situation de surcharge ou de court-circuit, un arc électrique se forme. Tous les MCB modernes sont conçus pour gérer les processus d'interruption d'arc où l'extraction de l'énergie de l'arc et son refroidissement sont assurés par des plaques de séparation d'arc métalliques.

Ces plaques sont maintenues en bonne position par un matériau isolant. De plus, un guide d'arc est fourni pour forcer l'arc qui se produit entre les contacts principaux.

Le mécanisme de fonctionnement se compose à la fois d'un déclenchement magnétique et d'un déclenchement thermique.

L'agencement de déclenchement magnétique consiste essentiellement en un système magnétique composite qui a un amortisseur à ressort avec une pastille magnétique dans un fluide de silicium, et un déclenchement magnétique normal. Une bobine conductrice de courant dans le dispositif de déclenchement déplace la cosse contre le ressort vers une pièce polaire fixe. Ainsi, la traction magnétique est développée sur le levier de déclenchement lorsqu'il y a un champ magnétique suffisant produit par la bobine.

En cas de courts-circuits ou de fortes surcharges, un fort champ magnétique produit par les bobines (solénoïde) est suffisant pour attirer l'armature du levier de déclenchement quelle que soit la position de la pastille dans le tableau de bord.

Le dispositif de déclenchement thermique consiste en une bande bimétallique autour de laquelle une bobine chauffante est enroulée pour créer de la chaleur en fonction du flux de courant.

La conception de l'élément chauffant peut être soit directe lorsque le courant passe à travers une bande bimétallique qui affecte une partie du circuit électrique, soit indirecte lorsqu'une bobine de conducteur porteur de courant est enroulée autour de la bande bimétallique. La déflexion d'un bilame active le mécanisme de déclenchement en cas de certaines conditions de surcharge.

Les bandes bimétalliques sont composées de deux métaux différents, généralement du laiton et de l'acier. Ces métaux sont rivetés et soudés sur toute leur longueur. Ceux-ci sont conçus de manière à ne pas chauffer la bande au point de déclenchement pour les courants normaux, mais si le courant est augmenté au-delà de la valeur nominale, la bande est réchauffée, pliée et déclenche le verrou. Les bilames sont choisis pour fournir des temporisations particulières sous certaines surcharges.

Fonctionnement et fonctionnement de MCB

Dans des conditions de travail normales, le MCB fonctionne comme un interrupteur (manuel) pour allumer ou éteindre le circuit. En cas de surcharge ou de court-circuit, il fonctionne ou se déclenche automatiquement afin qu'une interruption de courant se produise dans le circuit de charge.

L'indication visuelle de ce déclenchement peut être observée par le déplacement automatique du bouton de commande en position OFF. Ce fonctionnement automatique du MCB peut être obtenu de deux manières comme nous l'avons vu dans la construction du MCB; ce sont le déclenchement magnétique et le déclenchement thermique.

Dans des conditions de surcharge, le courant traversant le bilame lui fait élever sa température. La chaleur générée à l'intérieur du bilame lui-même est suffisante pour provoquer une déviation due à la dilatation thermique des métaux. Cette déviation libère davantage le verrou de déclenchement et, par conséquent, les contacts se séparent.

Dans certains MCB, le champ magnétique généré par la bobine l'amène à développer une traction sur les bilames de sorte que la déviation active le mécanisme de déclenchement.

Dans des conditions de court-circuit ou de forte surcharge, un dispositif de déclenchement magnétique entre en jeu. Dans des conditions normales de travail, le pion est maintenu en position par un léger ressort car le champ magnétique généré par la bobine n'est pas suffisant pour attirer le loquet.

Lorsqu'un courant de défaut circule, le champ magnétique généré par la bobine est suffisant pour vaincre la force du ressort qui maintient le pion en position. Et donc la limace se déplace et actionne ensuite le mécanisme de déclenchement.

Une combinaison de mécanismes de déclenchement magnétiques et thermiques est mise en œuvre dans la plupart des disjoncteurs miniatures. Dans les opérations de déclenchement magnétique et thermique, un arc se forme lorsque les contacts commencent à se séparer. Cet arc est ensuite forcé dans des plaques de séparation d'arc via un coureur d'arc.

Ces plaques séparatrices d'arc sont également appelées chutes d'arc où l'arc est formé en une série d'arcs et en même temps l'énergie est extraite et refroidie. Par conséquent, cet agencement permet d'obtenir l'extinction de l'arc.

Types de disjoncteurs miniatures (MCB)

Il existe de nombreux types de disjoncteurs tandis que les MCB sont classés en trois types principaux en fonction de leurs courants de déclenchement instantanés. Ils sont

1. Type B MCB
2. Type C MCB
3. Type D MCB

Disjoncteur différentiel de type B

Ce type de MCB se déclenchera instantanément à un taux de trois à cinq fois son courant nominal. Ceux-ci sont normalement utilisés pour les charges résistives ou petites inductives où les surtensions de commutation sont très faibles. Par conséquent, ils conviennent aux installations résidentielles ou commerciales légères.

Type C MCB

Ce type de MCB se déclenchera instantanément à un taux de cinq à dix fois son courant nominal. Ceux-ci sont normalement utilisés pour les charges inductives élevées où les surtensions de commutation sont élevées, telles que les petits moteurs électriques et l'éclairage fluorescent.

Dans de tels cas, les MCB de type C sont préférés pour gérer des valeurs plus élevées de courants de court-circuit. Par conséquent, ils conviennent aux installations commerciales et industrielles hautement inductives.

Type D MCB

Ce type de disjoncteur miniature se déclenchera instantanément à un taux de dix à vingt-cinq fois son courant nominal. Ceux-ci sont normalement utilisés pour des charges inductives très élevées où un courant d'appel élevé est très fréquent.

Ceux-ci conviennent à des applications industrielles et commerciales spécifiques. Les exemples courants de telles applications incluent les machines à rayons X, les systèmes UPS, les équipements de soudage industriels, les gros moteurs à enroulement, etc.

Les trois types de MCB ci-dessus offrent une protection en un dixième de seconde. Les courants de déclenchement minimum et maximum de ces MCB sont donnés sous forme de tableau ci-dessous, où "Ir" est le courant nominal du MCB.

Les MCB peuvent également être classés en fonction du nombre de pôles, tels que les MCB unipolaires, bipolaires, tripolaires et tétrapolaires.

Comment sélectionner le MCB approprié pour différentes charges ?

Choisir un MCB particulier pour une application spécifique est une tâche minutieuse pour assurer une protection fiable contre les surcharges et les courts-circuits. S'il n'est pas sélectionné en fonction des exigences du circuit, il y aura des chances d'entraîner des déclenchements indésirables fréquents.

Avant d'entrer dans les détails, nous devons connaître la différence entre les disjoncteurs MCB, MCCB, ELCB et RCB, RCD ou RCCB, et comment lire les données de la plaque signalétique MCB imprimées dessus.

S'il est sous-dimensionné (puissance nominale du MCB inférieure au courant de charge nominal), le MCB provoque des déclenchements fréquents et interrompt le courant vers la charge à laquelle il est connecté, car le courant nominal du MCB est inférieur à la valeur de courant nominal de la charge.

De même, s'il est surdimensionné (calibre MCB supérieur au courant de charge nominal), la charge à laquelle il est connecté ne sera pas protégée efficacement. Dans un tel cas, le MCB ne se déclenchera pas même si la charge consomme une surintensité.

Les trois facteurs suivants doivent être pris en compte pour sélectionner un MCB approprié pour une application spécifique.

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1. Valeur nominale du disjoncteur

Il s'agit de l'ampérage nominal du courant nominal du MCB. Cette valeur doit être inférieure à la capacité de transport de courant du système de câblage et supérieure ou égale au courant maximal à pleine charge dans le système de câblage. Généralement, cette cote doit être telle qu'elle peut supporter 125 % de charge continue plus la cote de charge non continue. Généralement, cela peut être exprimé comme

Courant maximal à pleine charge dans le système ≤ Notation actuelle de MCB ≤ Classement du câble

2. kA calibre ou pouvoir de coupure

Cette cote fait référence à la capacité du MCB qui peut déclencher ou interrompre le circuit dans des conditions de court-circuit. Elle est exprimée en Kilo Ampères (KA). Cette valeur nominale ne doit pas être inférieure au courant de court-circuit présumé.

Le courant de court-circuit présumé est le courant maximal qui existe dans le circuit pendant les conditions de court-circuit. Dans les installations résidentielles, un MCB de 6 KA est suffisant, tandis qu'un MCB de 10 KA ou supérieur est nécessaire pour les applications commerciales et industrielles légères. En savoir plus sur Pourquoi la capacité du disjoncteur a été évaluée en MVA et maintenant en kA et kV ?

3. Type de MCB

Le type de MCB nécessaire pour une application spécifique est déterminé par les caractéristiques de fonctionnement, de sorte que différents courants nominaux sont nécessaires pour faire fonctionner les charges instantanément. Nous avons déjà mentionné ci-dessus différents types de MCB pour différentes applications.

Applications du MCB (disjoncteur miniature)

Comme les principales fonctions et applications ont déjà été décrites dans les déclarations ci-dessus, les utilisations de base du MCB est qu'il est utilisé pour protéger un circuit (câblage, charge et équipement connectés, etc.) en cas de :

• Court-circuit
• Surintensité
• Surcharge