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Un disjoncteur à boîtier moulé (MCCB) est un type de dispositif de protection électrique utilisé pour protéger le circuit électrique contre un courant excessif, ce qui peut provoquer une surcharge ou un court-circuit. Avec un courant nominal allant jusqu'à 1600 A, les MCCB peuvent être utilisés pour une large gamme de tensions et de fréquences avec des paramètres de déclenchement réglables. Ces disjoncteurs sont utilisés à la place des disjoncteurs miniatures (MCB) dans les systèmes PV à grande échelle à des fins d'isolation et de protection du système.

Comment fonctionne le MCCB

Le MCCB utilise un dispositif sensible à la température (l'élément thermique) avec un dispositif électromagnétique sensible au courant (l'élément magnétique) pour fournir le mécanisme de déclenchement à des fins de protection et d'isolation. Cela permet au MCCB de fournir:
•Protection de surcharge,
• Protection contre les défauts électriques contre les courants de court-circuit
• Interrupteur électrique pour la déconnexion.

Protection de surcharge

La protection contre les surcharges est assurée par le MCCB via le composant sensible à la température. Ce composant est essentiellement un contact bimétallique: un contact constitué de deux métaux qui se dilatent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont exposés à une température élevée. Dans les conditions normales de fonctionnement, le contact bimétallique permettra au courant électrique de circuler à travers le MCCB. Lorsque le courant dépasse la valeur de déclenchement, le contact bimétallique commence à chauffer et à se courber en raison du taux de dilatation thermique différent à l'intérieur du contact. Finalement, le contact se pliera au point de pousser physiquement la barre de déclenchement et de déverrouiller les contacts, provoquant l'interruption du circuit.

La protection thermique du MCCB aura généralement une temporisation pour permettre une courte durée de surintensité qui est couramment observée dans certaines opérations de l'appareil, comme les courants d'appel observés lors du démarrage des moteurs. Cette temporisation permet au circuit de continuer à fonctionner dans ces circonstances sans déclencher le MCCB.

Protection contre les défauts électriques contre les courants de court-circuit

Les MCCB fournissent une réponse instantanée à un défaut de court-circuit, basée sur le principe de l'électromagnétisme. Le MCCB contient une bobine solénoïde qui génère un petit champ électromagnétique lorsque le courant passe à travers le MCCB. En fonctionnement normal, le champ électromagnétique généré par la bobine magnétique est négligeable. Cependant, lorsqu'un défaut de court-circuit se produit dans le circuit, un courant important commence à circuler dans le solénoïde et, en conséquence, un champ électromagnétique puissant est établi qui attire la barre de déclenchement et ouvre les contacts.

Interrupteur électrique pour la déconnexion

En plus des mécanismes de déclenchement, les MCCB peuvent également être utilisés comme interrupteurs de déconnexion manuels en cas d'opérations d'urgence ou de maintenance. Un arc peut être créé lorsque le contact s'ouvre. Pour lutter contre cela, les MCCB ont des mécanismes de dissipation d'arc interne pour éteindre l'arc.

Décryptage des caractéristiques et des cotes du MCCB

Les fabricants de MCCB sont tenus de fournir les caractéristiques de fonctionnement du MCCB. Certains des paramètres communs sont expliqués ci-dessous:
Courant nominal du cadre (Inm):
Le courant maximal que le MCCB est censé gérer. Ce courant nominal du châssis définit la limite supérieure de la plage de courant de déclenchement réglable. Cette valeur détermine la taille du châssis du disjoncteur.
Courant nominal (en):
La valeur du courant nominal détermine le moment où le MCCB se déclenche en raison de la protection contre les surcharges. Cette valeur peut être ajustée au maximum du courant nominal du châssis.
Tension d'isolation nominale (Ui):
Cette valeur indique la tension maximale à laquelle le MCCB peut résister dans des conditions de laboratoire. La tension nominale du MCCB est généralement inférieure à cette valeur pour fournir une marge de sécurité.
Tension de fonctionnement nominale (Ue):
Cette valeur est la tension nominale pour le fonctionnement continu du MCCB. Il est normalement identique ou proche de la tension du système.
Tension nominale de tenue aux chocs (Uimp):
Cette valeur correspond à la tension de crête transitoire que le disjoncteur peut résister aux surtensions de commutation ou aux coups de foudre. Cette valeur détermine la capacité du MCCB à résister aux surtensions transitoires. La taille standard pour les tests d'impulsion est de 1,2 / 50 µs.
Capacité de coupure de court-circuit de fonctionnement (Ics):
Il s'agit du courant de défaut le plus élevé que le MCCB puisse gérer sans être endommagé de façon permanente. Les MCCB sont généralement réutilisables après un fonctionnement d'interruption de défaut à condition qu'ils ne dépassent pas cette valeur. Plus l'Ics est élevé, plus le disjoncteur est fiable.
Capacité ultime de coupure de court-circuit (Icu):
Il s'agit de la valeur de courant de défaut la plus élevée que le MCCB peut gérer. Si le courant de défaut dépasse cette valeur, le MCCB ne pourra pas se déclencher. Dans ce cas, un autre mécanisme de protection avec un pouvoir de coupure plus élevé doit fonctionner. Ceci indique la fiabilité de fonctionnement du MCCB.Il est important de noter que si le courant de défaut dépasse Ics mais ne dépasse pas Icu, le MCCB peut toujours éliminer le défaut, mais peut être endommagé et nécessiter un remplacement.
Durée de vie mécanique: il s'agit du nombre maximal de fois où le MCCB peut être utilisé manuellement avant de tomber en panne.
Durée de vie électrique: il s'agit du nombre maximal de fois où le MCCB peut se déclencher avant de tomber en panne.

Dimensionnement du MCCB

Les MCCB d'un circuit électrique doivent être dimensionnés en fonction du courant de fonctionnement prévu du circuit et des courants de défaut possibles. Les trois principaux critères de sélection des MCCB sont:
• La tension de fonctionnement nominale (Ue) du MCCB doit être similaire à la tension du système.
• La valeur de déclenchement du MCCB doit être ajustée en fonction du courant consommé par la charge.
• Le pouvoir de coupure du MCCB doit être supérieur aux courants de défaut théoriques possibles.

Types de MCCB

Figure 1: Courbe de déclenchement des MCCB de type B, C et D

Maintenance MCCB

Les MCCB sont soumis à des courants élevés; par conséquent, la maintenance des MCCB est essentielle pour un fonctionnement fiable. Certaines des procédures de maintenance sont décrites ci-dessous:

1. Inspection visuelle
Lors de l'inspection visuelle d'un MCCB, il est important de rechercher des contacts déformés ou des fissures dans le boîtier ou l'isolation. Toute trace de brûlure sur le contact ou le boîtier doit être traitée avec prudence.

2. Lubrification
Certains MCCB nécessitent une lubrification adéquate pour assurer le bon fonctionnement de l'interrupteur de déconnexion manuel et des pièces mobiles internes.

3. Nettoyage
Les dépôts de saleté sur les MCCB peuvent détériorer les composants du MCCB. Si la saleté contient un matériau conducteur, elle peut créer un chemin pour le courant et provoquer un défaut interne.

4. Test
Trois tests principaux sont effectués dans le cadre de la procédure de maintenance d'un MCCB.
Test de résistance d'isolement:
Les tests pour un MCCB doivent être effectués en déconnectant le MCCB et en testant l'isolation entre les phases et entre les bornes d'alimentation et de charge. Si la résistance d'isolation mesurée est inférieure à la valeur de résistance d'isolation recommandée par le fabricant, le MCCB ne pourra pas fournir une protection adéquate.

Résistance de contact
Ce test est réalisé en testant la résistance des contacts électriques. La valeur mesurée est comparée à la valeur spécifiée par le fabricant. Dans des conditions de fonctionnement normales, la résistance de contact est très faible car les MCCB doivent laisser passer le courant de fonctionnement avec un minimum de pertes.

Test de déclenchement
Ce test est effectué en testant la réponse du MCCB dans des conditions de surintensité et de défaut simulées. La protection thermique du MCCB est testée en faisant passer un courant important dans le MCCB (300% de la valeur nominale). Si le disjoncteur ne se déclenche pas, c'est une indication de défaillance de la protection thermique. Le test de protection magnétique est effectué en exécutant de courtes impulsions de très fort courant. Dans des conditions normales, la protection magnétique est instantanée. Ce test doit être effectué à la toute fin car des courants élevés augmentent la température des contacts et de l'isolation, ce qui peut altérer les résultats des deux autres tests.

Conclusion
La sélection correcte des MCCB pour l'application requise est essentielle pour assurer une protection adéquate dans les sites dotés d'équipements de haute puissance. Il est également important d'effectuer des actions de maintenance à intervalles réguliers et à chaque fois après l'activation des mécanismes de déclenchement pour garantir le maintien de la sécurité du site.