Protection des Circuits : Clé d'une Conception de Distribution Électrique Sûre et Efficace

 Les ingénieurs électriciens chargés de concevoir des systèmes de distribution d'énergie portent une énorme responsabilité, leur travail déterminant l'efficacité opérationnelle, la productivité et la sécurité des habitations, bureaux et centres commerciaux. Les conceptions doivent être infaillibles, offrant une protection contre les défauts et surcharges, tout en garantissant la sécurité des utilisateurs.

Il n'y a pas d'étapes claires pour réaliser une telle conception ; tout ce qui est fourni est un ensemble de directives sous forme de réglementations et de codes que l'ingénieur concerné doit prendre en compte.

La protection des circuits est un sujet brûlant dans les articles publiés par le Code Électrique National (NEC), suivant les objectifs de base :

• Localiser et isoler le défaut
• Éviter les pertes de puissance inutiles

Surcharges, courts-circuits, sous/surtensions, etc. ne sont que quelques-unes des conditions qui peuvent survenir pendant la vie opérationnelle d'un bâtiment. Isoler ou rectifier ces défauts est nécessaire, sinon ils peuvent avoir des effets dommageables sur le bâtiment ainsi que sur le système de réseau.

Protection Contre les Surintensités

L'équipement d'entrée de service agit comme première ligne de défense contre les surcharges thermiques et les défauts. Les dispositifs de protection contre les surintensités ou DPSI incluent les disjoncteurs, les relais et les fusibles, formant les blocs de base de la protection des systèmes d'énergie. Ces dispositifs sont intégrés dans le système de protection pour couper, isoler ou déconnecter le circuit lorsqu'une condition de surcharge ou de court-circuit se produit. Les dispositifs de protection contre les surintensités modernes possèdent des stratégies de communication et de contrôle qui peuvent fournir une analyse approfondie basée sur la nature du défaut ainsi que collecter des paramètres vitaux tels que le facteur de puissance, les harmoniques, etc.

Les DPSI les plus basiques sont les fusibles qui contiennent un fil fin avec une intensité nominale supérieure au courant maximal nominal. Puisque les conditions de surintensité augmentent l'amplitude de plusieurs fois le courant nominal, le fond fond lors de conditions de défaut. L'opération est rapide et fiable, cependant elle est irréversible, ce qui signifie que le fusible devrait être remplacé manuellement pour restaurer l'opération.

Pour une opération réversible, des disjoncteurs thermomagnétiques avec déclenchement à temps long peuvent être utilisés. Dès que le courant dépasse le seuil nominal, les disjoncteurs isolent la localité. Après une période de temps retardée, ils se referment et rétablissent la continuité des opérations. On suppose que le défaut serait éliminé au moment où ils se referment. Si le défaut n'est pas éliminé, ils isoleraient à nouveau la localité, suivant cette procédure un nombre défini de fois avant de s'ouvrir définitivement, nécessitant une réinitialisation manuelle.

Les disjoncteurs modernes et les contacteurs magnétiques peuvent être complétés par un contrôle numérique via des relais qui peuvent être actionnés par des PLC, microcontrôleurs, etc. Cela donne naissance au concept d'automatisation du bâtiment, car les dispositifs de contrôle peuvent être actionnés via des données précises obtenues des capteurs plutôt que par leurs capacités inhérentes. De tels systèmes sont généralement mis en œuvre dans les grands bâtiments car ils nécessitent un investissement supplémentaire et des coûts de fonctionnement additionnels.

Protection Contre les Défauts à la Terre

Les défauts à la terre de type arc nécessitent une couche de protection supplémentaire car ils sont difficiles à détecter en raison de leur magnitude inférieure. Il existe deux types de base de protection contre les défauts à la terre :

• Protection contre les défauts à la terre des équipements – destinée à protéger les équipements contre les courants de défaut phase-terre dommageables par déconnexion.
• Interrupteurs de circuit de défaut à la terre – pour la protection du personnel, détectant des défauts inférieurs à 5 mA

La mise à la terre est très importante dans le contexte de la protection des systèmes d'énergie. Le concept signifie simplement la connexion intentionnelle d'un conducteur porteur de courant à la terre, ce qui limite la tension causée par la foudre ou lorsque deux conducteurs entrent en contact, et stabilise la tension en permettant un chemin pour que les harmoniques s'écoulent. Le NEC recommande la formation de plusieurs points de mise à la terre dans un bâtiment pour assurer la redondance au sein du schéma de protection.

En plus de la mise à la terre et de la protection contre les surintensités, d'autres équipements peuvent également être intégrés dans le système, tels que l'interrupteur de circuit de défaut d'arc, la protection mécanique pour les alimentations ou les circuits dérivés pour les circuits d'alimentation de secours dans les hôpitaux.