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Un disjoncteur à boîtier moulé (MCCB) est un disjoncteur qui utilise un boîtier moulé pour loger et supporter ses composants porteurs de courant ainsi que pour faire partie du système d’isolation. Le principe de fonctionnement de MCCB est discuté en détail dans cet article.

Le type le plus courant de MCCB est le disjoncteur à usage général thermo-magnétique. Voir Figure 1. Les MCCB ont souvent un élément de déclenchement de surintensité thermique pour fournir une protection contre les surcharges, telles que ce qui est causé lorsqu’un couplage est mal aligné sur un moteur électrique ou qu’un appareil électrique consomme trop de courant.

Un élément de surintensité instantanée est également prévu pour protéger contre les courts-circuits, tels que ce qui est causé lorsque deux fils se touchent ou lorsque l’isolation tombe en panne. Les MCCB ont les composants primaires suivants:

• cadre ou boîtier
• ensembles de contacts
• Chutes d’arc
• OCPDS
• un mécanisme de fonctionnement
• Connexions de bornes

Un disjoncteur à boîtier isolé (ICCB) est un circuit disjoncteur de construction similaire à un MCCB, mais qui utilise généralement un OCPD électronique ou numérique et a des cotes d’interruption beaucoup plus élevées.

Figure 1. Schéma de circuit étiqueté MCCB

Cadres et boîtiers MCCB

Le cadre d’un MCCB est une unité fermée qui entoure et supporte les autres composants tout en assurant une isolation. Les disjoncteurs à boîtier scellé ne peuvent pas être ouverts ou entretenus, sauf pour les tests, l’inspection et le nettoyage de l’extérieur.

Les disjoncteurs à boîtier étanche peuvent être identifiés de plusieurs manières: par une substance semblable à du goudron, des boîtiers rivetés ou des joints en papier sur les vis du boîtier. Les disjoncteurs à boîtier scellé à ouverture invalident leur liste UL, ce qui peut causer des problèmes en cas d’incendie ou d’autre accident impliquant ces disjoncteurs.

Les MCCB à grand cadre et la plupart des ICCB ont des OCPD remplaçables et sont également connus sous le nom de disjoncteurs de déclenchement interchangeables. Les disjoncteurs de déclenchement interchangeables ont des boîtiers qui peuvent être ouverts pour être entretenus et entretenus. Les OEM peuvent fournir certaines pièces afin qu’elles puissent être renouvelées.

L’OCPD peut être remplacé par un élément pouvant être dimensionné jusqu’à la cote de trame des ICCB et jusqu’à 80% de la cote de trame des MCCB. Voir Figure 2.

Figure 2. Disjoncteurs de déclenchement interchangeables étiquetés schéma de circuit

Assemblages de contacts MCCB

Les assemblages de contacts ouvrent et ferment les circuits. Les contacts sur les petits MCCB, tels que les disjoncteurs de dérivation utilisés dans les panneaux, supportent le courant de charge et agissent également comme des contacts d’arc. Les disjoncteurs à grand cadre ont des contacts d’arc séparés et des contacts principaux.

Un avantage des MCCB est que leurs contacts sont petits, légers et peuvent interrompre un arc rapidement, par exemple en 1-1/2 à 2 cycles. Les versions à limitation de courant peuvent effacer un défaut encore plus rapidement, en un cycle de 1⁄2 ou moins.

Les contacts d’arc aident à interrompre les arcs et sont composés d’un alliage plus dur que les contacts principaux, qui sont conçus pour ne supporter que le courant de charge. Les contacts d’arc (supérieurs) s’étendent en avant des contacts principaux (inférieurs). Lorsque le disjoncteur se ferme, les contacts d’arc se touchent en premier. Par conséquent, tout arc qui se produit le fait sur les contacts d’arc. Les contacts principaux se touchent alors immédiatement après que les contacts d’arc se touchent.

Les contacts principaux sont principalement composés d’argent et sont plus doux que les contacts d’arc, ce qui signifie qu’ils s’éroderont rapidement si les contacts d’arc sont mal ajustés ou usés. Les disjoncteurs à limitation de courant de nouvelle génération diffèrent des MCCB standard et principalement par leurs structures de contact.

Les MCB standard utilisent des mécanismes à point de pivot unique pour les contacts, tandis que les disjoncteurs de limitation de courant utilisent souvent des mécanismes à double pivot. Voir Figure 3. Les champs magnétiques autour de chacun des contacts repoussent et forcent rapidement les contacts à s’écarter. À mesure que le courant de court-circuit qui les traverse augmente, les champs magnétiques deviennent plus forts et les contacts s’ouvrent plus rapidement.

Figure 3. MCCBs standard Vs ICCB

Pour que ces disjoncteurs (et fusibles à limitation de courant) soient à limitation de courant, le courant de court-circuit doit avoir une valeur suffisamment élevée pour qu’il se trouve dans sa région de limitation de courant. Si le courant de court-circuit est inférieur à cette valeur, il répond comme un disjoncteur standard.

Goulottes d’arc MCCB

Un arc est une décharge d’électricité soutenue à travers un espace dans un circuit ou entre des électrodes, généralement accompagnée de vaporisation et / ou de fusion des électrodes par la chaleur extrême de l’arc.

Une goulotte d’arc, également appelée extincteur d’arc, est une structure contenant des diviseurs d’arc. En tant que partie contacts, l’arc est dessiné entre les contacts d’arc. L’arc s’élève (en raison de sa température extrême) et, ce faisant, est étiré par les diviseurs d’arc. Cela refroidit l’arc afin qu’il puisse être éteint. Les MCCB utilisent des goulottes d’arc pour étirer les arcs, les refroidir et les éteindre, le tout en 1-1⁄2 à 2 cycles. Voir Figure 4.

Figure 4. Diagramme de chute d’arc MCCB

Dispositifs de protection contre les surintensités (OCPD)

Les MCCB à petit cadre utilisent généralement des OCPD thermo-magnétiques.

Un OCPD thermomagnétique est un OCPD qui réagit à la chaleur créée par la perte de cuivre (I2R) lorsque le courant traverse un conducteur.

La perte de cuivre est causée par la résistance du conducteur à un courant le traversant. Cette perte est exprimée en chaleur. Plus le flux de courant à travers un conducteur est élevé, plus la chaleur est créée. Un OCPD thermo-magnétique utilise une bande bimétallique placée dans le trajet courant. La bande bimétallique est constituée de deux métaux qui ont des taux de dilatation différents lorsqu’ils sont chauffés. La bande bimétallique est construite de telle sorte que le métal ayant un taux d’expansion plus élevé force la bande bimétallique à se dévier, ou à se plier, et à libérer le verrou de déclenchement. Cela se produit lorsque le disjoncteur détecte une condition de surintensité qui dure une durée prédéterminée.

Un OCPD thermo-magnétique offre une protection contre les surintensités et les courts-circuits dans les PCB. Un OCPD thermo-magnétique est également connu sous le nom d’unité de déclenchement à usage général. D’autres noms pour un OCPD thermomagnétique sont le déclencheur et l’unité de déclenchement et sont souvent utilisés de manière interchangeable. Sur les MCCB de grand format, un OCPD électronique est généralement utilisé. Les informations relatives à un OCPD spécifique se trouvent sur la plaque signalétique OEM apposée sur l’appareil. Voir Figure 5.

Figure 5. Un OCPD thermo-magnétique offre une protection contre les surintensités et les courts-circuits dans les MCCB et est parfois appelé déclencheur à usage général.

Un MCCB ne peut avoir qu’un OCPD avec un courant nominal continu de 80% de l’indice de trame. En effet, un OCPD thermo-magnétique a une courbe caractéristique temps-courant très large, ce qui signifie que les OEM doivent prévoir un délai supplémentaire pour que le disjoncteur se déclenche sans s’endommager de la chaleur générée par le flux de courant en excès.

Principe de fonctionnement du MCCB

Le mécanisme de fonctionnement d’un MCCB ouvre et ferme les ensembles de contacts et comporte trois positions: ouvert, fermé et déclencheur. Les disjoncteurs de dérivation du type utilisé pour les panneaux et les panneaux d’éclairage sont d’une conception assez simple. Voir Figure 6.

Figure 6. Mécanisme de commande MCCB

Les contacts étant fermés, le verrou de déclenchement est en position verrouillée (cercle jaune). Lorsque les contacts sont ouverts et fermés, la position du verrou de déclenchement ne bouge pas. Ce type de loquet de déclenchement est l’un des problèmes majeurs des MCCBs en ce qu’il, ainsi que d’autres parties du mécanisme de fonctionnement, est lubrifié en usine.

Le flux de courant à travers les contacts crée de la chaleur, ce qui assèche le lubrifiant au fil du temps. Lorsque le lubrifiant appliqué en usine sèche, il épaissit et ralentit les performances du disjoncteur. Au fur et à mesure qu’il continue de sécher, il commence à s’écailler et une usure métal sur métal se produit. Cette usure métal sur métal et la corrosion qui peut se produire sur le loquet de déclenchement peuvent facilement faire échouer l’ouverture du disjoncteur au besoin. La seule fois où le verrou de déclenchement change de position est lorsque le disjoncteur est déclenché.

Notez que le loquet de déclenchement est fixe en position ouverte et fermée, mais qu’il est différent en position de déclenchement. Le dysfonctionnement du verrou de déclenchement est l’une des principales causes de l’échec du fonctionnement des MCCB conformément aux spécifications du fabricant d’origine. Les MCCB modernes à grand cadre comprennent souvent des boutons de déclenchement mécaniques rouges. Le bouton de déclenchement actionne directement le loquet de déclenchement. Le verrou de déclenchement (flèche jaune sur la figure 6) ne bouge pas lorsque le disjoncteur est basculé de la position ouverte à la position fermée. Il se déplace cependant lorsque le disjoncteur est déclenché. Voir Figure 7.

Figure 7. Un mécanisme de fonctionnement MCCB moderne à grand châssis étiqueté diagramme

Vieillissement et essais des disjoncteurs

Une étude a été réalisée par la Commission de réglementation nucléaire (NRC) dans NUREG / CR-5762, Wyle 60101, Comprehensive Aging Assessment of Circuit Breakers and Relays, (écrite en mars 1992) couvre le sujet des défaillances des MCCB qui étaient en service depuis trois à cinq ans sans entretien.

Dans ce rapport, divers problèmes ont été relevés avec les 11 disjoncteurs étudiés. Sur les 11 disjoncteurs, 5 présentaient des défauts de retard de longue durée et 4 des problèmes de déclenchement instantané.

Certains disjoncteurs présentaient des défaillances multipolaires et certains présentaient des problèmes de retard instantané et de longue durée. Bien que l’enquête ait été en nombre limité, elle est typique des problèmes observés sur le terrain lors des tests.

Le CNRC a recommandé des essais d’injection primaire des disjoncteurs tous les trois ans et, s’ils ne pouvaient pas être testés, de faire fonctionner le mécanisme  » Push-to-Test  » ou  » Twist-to-Test  » chaque année. Si un disjoncteur ne possède pas de telles caractéristiques de test, le CNRC a recommandé de faire fonctionner la bascule (poignée) plusieurs fois rapidement deux fois par année pour aider à maintenir la fonctionnalité.

Connexions des bornes MCCB

L’installation sûre des disjoncteurs MCCB et des disjoncteurs à boîtier isolé (ICCB) dépend des terminaisons appropriées. Si les terminaisons ne sont pas terminées correctement, elles peuvent déclencher des incendies et endommager l’équipement. De nombreux gros ICCB sont soit boulonnés directement au bus, soit de construction à tirage. Voir Figure 8. Les problèmes avec ces types de connexions sont assez rares.

Les MCCB sont souvent connectés à l’aide d’un câble ou d’un fil conducteur toronné, ce qui peut poser des problèmes car ils ont tendance à se desserrer avec le temps en raison du cycle thermique. Avec les connexions terminales des disjoncteurs industriels thermo-magnétiques triphasés standard, les conducteurs sont montés dans les cosses terminales et couplés selon les spécifications. La cosse terminale ne peut être utilisée que pour une gamme spécifiée de tailles et de types de fils. Si le conducteur est trop petit, il n’aura pas la surface à l’intérieur de la patte pour transporter la quantité de courant attendue.

Figure 8. Schéma de terminaison ICCB

Lorsqu’un petit conducteur est connecté à une cosse de borne qui doit être utilisée pour un conducteur beaucoup plus grand, il n’y a qu’un contact point à point entre le conducteur et la cosse de borne. Ce type de connexion provoque une surchauffe au niveau de la connexion et, s’il n’est pas corrigé, entraînera le recuit du conducteur. Voir Figure 9.

Figure 9. Cosses de bornes du disjoncteur

Lorsqu’un conducteur est recuit, il ne transporte pas la quantité de courant appropriée en raison d’une impédance accrue. L’impédance accrue provoque un échauffement supplémentaire, ce qui entraîne alors une impédance élevée du conducteur. Souvent, l’isolation autour d’un conducteur recuit est complètement brûlée en raison de la chaleur générée. Un conducteur recuit doit être remplacé ou la partie recuite doit être coupée et une nouvelle pièce du conducteur doit être épissée.

L’autre problème concernant les cosses terminales est un serrage incorrect. Si le câble se desserre à l’intérieur de la cosse, la connexion chauffera en raison de l’impédance accrue. Ce chauffage supplémentaire peut également provoquer le recuit du conducteur. Souvent, lorsque la vis de réglage de la cosse se desserre, un arc se produit à l’intérieur des filets de la vis de réglage. En règle générale, cela ne peut pas être vu de l’extérieur, de sorte que le technicien peut resserrer la vis de réglage et croire que le problème est résolu. Cependant, l’arc à l’intérieur des filets empêche généralement la vis de réglage de se serrer plus loin que l’endroit où l’arc a eu lieu. Quelle que soit la force appliquée à la vis de réglage, elle n’est jamais complètement serrée contre le conducteur et la surchauffe continue. Voir Figure 10.

Figure 10. MCCB Couple incorrect