Pourquoi les MCCB offrent-ils une protection à court retard sans courant admissible de court retard nominal (I_cw)

Réponse directe

Disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB) peut fournir une protection contre les courts retards sans courant admissible de court-circuit nominal (I_cw) car ils appartiennent à la catégorie A de la norme CEI 60947-2, où la sélectivité est obtenue grâce à une technologie de limitation de courant plutôt qu'à des temporisations intentionnelles. Contrairement aux disjoncteurs de puissance (ACB) de catégorie B qui “ attendent ” les courants de défaut en utilisant un I_cw élevé, les MCCB utilisent la répulsion électromagnétique des contacts et la coupure d'arc ultra-rapide pour limiter l'énergie de défaut, se protégeant ainsi tout en se coordonnant avec les appareils en aval grâce à leurs caractéristiques de court délai inhérentes (généralement 10 à 12 × I_n) en dessous du seuil de déclenchement instantané.

Principaux enseignements

• ✅ Catégorie A vs. B: Les MCCB (catégorie A) n'ont pas de I_cw déclarées, mais possèdent une capacité de tenue aux courts retards inhérente en dessous de leur seuil de répulsion des contacts (généralement > 12-14 × I_n)
• ✅ Physique de la limitation de courant: La pression du ressort de contact est intentionnellement faible dans les MCCB pour permettre une répulsion électromagnétique rapide en cas de courants de défaut élevés (> 25 × I_n), évitant ainsi les dommages grâce à une interruption rapide plutôt qu'à une tenue prolongée
• ✅ Réalité du court délai: Les réglages de court délai des MCCB (par exemple, 10 × I_n, 0,4 s) ne fonctionnent que lorsque le courant de défaut reste inférieur au seuil de déclenchement instantané - le dépassement de ce seuil déclenche une action immédiate via un déclenchement magnétique ou des mécanismes basés sur l'énergie
• ✅ Limites de sélectivité: La sélectivité totale entre les MCCB nécessite des tableaux de coordination minutieux ; les cascades ACB vers MCCB obtiennent de meilleurs résultats car les ACB peuvent réellement retarder (capacité I_cw = I_cu ) tandis que les MCCB gèrent les défauts en aval
• ✅ Priorité à la sécurité: Les MCCB avancés avec déclenchements instantanés désactivables (par exemple, Schneider NSX) intègrent des fonctions de “ déclenchement énergétique ” ou de “ priorité instantanée ” - si le courant de défaut dépasse ~ 25 × I_n, les mécanismes à gaz forcent le déclenchement immédiat quels que soient les réglages

Comprendre les catégories de sélectivité de la norme CEI 60947-2

Catégorie B : ACB avec I déclarée_cw

Les disjoncteurs de puissance (ACB) sont conçus pour Catégorie B les applications où la sélectivité est obtenue grâce à des temporisations intentionnelles. Selon la norme CEI 60947-2, ces appareils doivent déclarer un courant admissible de court-circuit nominal (I_cw) - le courant de défaut maximal que le disjoncteur peut supporter en position fermée pendant une durée spécifiée (0,05 s, 0,1 s, 0,25 s, 0,5 s ou 1,0 s) sans subir de dommages.

Principales caractéristiques des disjoncteurs de catégorie B :

Par exemple, un ACB de 800 A avec I_cw = 85 kA/1 s peut supporter un courant de défaut de 85 kA pendant une durée maximale de 1 seconde pendant que le relais de court délai “ attend ” que les appareils en aval éliminent le défaut. Cette capacité nécessite une construction mécanique robuste - bras de contact renforcés, pression de contact élevée (empêchant la répulsion électromagnétique) et masse thermique pour absorber l'énergie I²t.

Catégorie A : MCCB sans I déclarée_cw

Les disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB) relèvent généralement de Catégorie A- appareils “ non spécifiquement destinés à la sélectivité dans des conditions de court-circuit ” selon la norme CEI 60947-2. Ces disjoncteurs ne déclarent pas de valeurs I_cw car leur philosophie de conception privilégie une interruption rapide des défauts plutôt qu'une tenue prolongée aux défauts.

Pourquoi les MCCB ne déclarent-ils pas I_cw:

1. Conception de limitation de courant: La pression du ressort de contact est intentionnellement faible pour faciliter une répulsion électromagnétique rapide lorsque le courant de défaut dépasse ~ 10-14 × I_n
2. Mandat de déclenchement instantané: La plupart des MCCB ne peuvent pas désactiver la protection instantanée - tout défaut dépassant le seuil instantané déclenche un déclenchement immédiat
3. Limites thermiques: La construction moulée compacte ne peut pas dissiper l'énergie thermique (I²t) associée à une tenue prolongée aux courants élevés

Cependant, cela ne pas signifie pas que les MCCB manquent totalement de capacité de tenue aux courts retards - ils possèdent un seuil inhérent et non déclaré en dessous duquel les contacts restent fermés.

La physique de la répulsion des contacts des MCCB

Seuil de répulsion électromagnétique

Lorsque le courant de défaut circule dans les chemins de contact parallèles d'un MCCB, il génère des champs magnétiques opposés qui créent forces de répulsion électrodynamiques (force de Lorentz). Le ressort de contact doit contrer cette force pour maintenir les contacts fermés.

Équation d'équilibre des forces :

F_ressort > F_répulsion = k · I²

Où ?

• F_ressort = Force de compression du ressort de contact
• F_répulsion = Force de répulsion électromagnétique (proportionnelle à I²)
• k = Constante géométrique (espacement des contacts, configuration du conducteur)

Considérations sur le démarrage du moteur

Une étude de l'Institut de recherche électrique de Shanghai sur 52 échantillons de moteurs a révélé que le démarrage direct (DOL) produit des courants d'appel de premier pic de 8-12× I_n pour la plupart des moteurs, avec des valeurs aberrantes atteignant 13× I_n.

Ces données déterminent les contraintes de conception des MCCB :

• MCCB de distribution: Déclenchement instantané réglé à 10-12× I_n (ne doit pas se déclencher lors de l'appel de courant du condensateur ou de la mise sous tension du transformateur)
• MCCB à calibre moteur: Déclenchement instantané réglé à 13-14× I_n (doit supporter le démarrage DOL)
• Seuil de répulsion des contacts: Doit dépasser le réglage de déclenchement instantané d'une marge de 15 à 20% pour éviter une ouverture intempestive des contacts pendant les transitoires de démarrage

Exemple de calcul pour un MCCB à calibre moteur de 100 A :

Ce seuil de 1 500 A représente la capacité de tenue aux courts-circuits inhérente au MCCB, suffisante pour la coordination avec les dispositifs en aval dans la plage de défauts de 1 000 à 1 500 A, mais bien inférieure aux valeurs I_cw déclarées des ACB (généralement de 30 à 85 kA).

Comment fonctionne réellement le délai court du MCCB

Les trois zones de fonctionnement

Les MCCB modernes à déclenchement électronique comportent trois zones de protection, mais leur interaction diffère fondamentalement de celle des ACB :

Scénario 1 : Courant de défaut inférieur au seuil instantané

Conditions: Courant de défaut = 8× I_n (800 A pour un disjoncteur de 100 A)

1. Le courant dépasse la zone de longue durée → Le délai de courte durée s'active
2. Le déclencheur électronique démarre le compte à rebours (par exemple, 0,4 s)
3. Si le défaut persiste, la bobine de déclenchement s'excite après un délai
4. Les contacts s'ouvrent via un mécanisme à énergie emmagasinée (temps d'ouverture d'environ 20 à 30 ms)

Résultat: Coordination véritablement temporisée avec les dispositifs en aval

Scénario 2 : Courant de défaut supérieur au seuil instantané

Conditions: Courant de défaut = 15 × I_n (1 500 A pour un disjoncteur de 100 A)

1. Le courant dépasse le seuil instantané → Le déclenchement magnétique s'active immédiatement
2. Le réglage du délai de courte durée est contourné
3. La bobine de déclenchement s'excite en 5 à 10 ms
4. Les contacts s'ouvrent, mais le courant de défaut peut déjà avoir provoqué une répulsion électromagnétique

Résultat: Pas de délai intentionnel : le MCCB se déclenche aussi vite que possible

Scénario 3 : Courant de défaut dépassant de loin le seuil de répulsion

Conditions: Courant de défaut = 50 × I_n (5 000 A pour un disjoncteur de 100 A, approchant I_cu)

1. La force de répulsion électromagnétique dépasse la pression du ressort
2. Les contacts s'écartent en 3 à 7 ms (plus vite que le mécanisme de déclenchement)
3. La tension d'arc augmente rapidement, limitant le courant de crête (action de limitation de courant)
4. L'énergie de l'arc peut déclencher le mécanisme de déclenchement, ou le disjoncteur repose uniquement sur l'extinction de l'arc

Résultat: Limitation de courant ultra-rapide : pas de coordination, mais protection de l'équipement via la réduction de I²t

Cas particulier : MCCB avec déclenchement instantané désactivable

Mécanisme de “déclenchement énergétique” Schneider NSX

Certains MCCB haut de gamme (par exemple, Schneider Electric NSX avec déclencheurs Micrologic) permettent de désactiver la protection instantanée pour une sélectivité améliorée. Cependant, ces dispositifs intègrent une priorité de sécurité obligatoire appelée “déclenchement énergétique” ou “priorité instantanée”.”

Comment ça marche :

1. L'utilisateur désactive le déclenchement instantané, active le délai de courte durée (par exemple, 10 × I_n, 0,4 s)
2. Le courant de défaut atteint 30 × I_n (3 000 A pour un disjoncteur de 100 A)
3. Les contacts se repoussent, un arc se forme
4. L'énergie de l'arc ionise le matériau générateur de gaz dans la chambre d'arc
5. L'augmentation de la pression actionne le mécanisme de déclenchement pneumatique en 10 à 15 ms
6. Le disjoncteur se déclenche quels que soient les réglages du déclencheur électronique

Cette conception empêche une défaillance catastrophique lorsque les utilisateurs configurent mal les paramètres de protection : le MCCB s'autoprotegera toujours en cas de défaut extrême, même si cela compromet la sélectivité.

Stratégies de coordination pratiques

Stratégie 1 : Cascade ACB-vers-MCCB (recommandée)

Configuration :

• En amont: ACB 1600 A, I_cw = 65 kA/0,5 s, délai de courte durée = 0,4 s
• En aval: MCCB 400 A, I_cu = 50 kA, instantané = 5 000 A (12,5 × I_n)

Analyse de la coordination :

Résultat: Sélectivité totale jusqu'à 50 kA (MCCB I_cu limite)

Stratégie 2 : Coordination MCCB à MCCB (limitée)

Configuration :

• En amont: MCCB 400 A, instantané = 5 000 A (12,5× I_n)
• En aval: MCCB 100 A, instantané = 1 300 A (13× I_n)

Analyse de la coordination :

Limite de sélectivité: ~4 500 A (90% du réglage instantané en amont)

Amélioration: Utilisez les tableaux de coordination du fabricant pour vérifier l'énergie traversante réelle : les MCCB à limitation de courant peuvent toujours atteindre la sélectivité à des niveaux de défaut plus élevés grâce à la discrimination I²t.

Tableau comparatif : Caractéristiques de court retard ACB vs. MCCB

Pourquoi c'est important pour la conception du système

Idée fausse 1 : “ Court retard MCCB = Court retard ACB ”

Réalité: Le court retard MCCB ne fonctionne que dans une fenêtre de courant étroite (entre les seuils de longue durée et instantanés). Pour les défauts dépassant les réglages instantanés, les MCCB déclenchent immédiatement : aucun retard ne se produit.

Impact sur la conception: Lors de la spécification de la protection MCCB, vérifiez toujours :

1. Les réglages instantanés du dispositif en aval
2. Le courant de défaut maximal au point de coordination
3. Si le courant de défaut dépassera le seuil instantané du MCCB en amont

Idée fausse 2 : “ Pas de I_cw nominal = Pas de capacité de court-circuit ”

Réalité: Les MCCB possèdent une tenue inhérente aux courts-circuits jusqu'à leur seuil de répulsion des contacts (~12-14× I_n). Cette capacité permet une coordination limitée avec les dispositifs en aval, mais pas dans la même mesure que les ACB.

Impact sur la conception: La coordination MCCB à MCCB est possible, mais nécessite :

• Une séparation minutieuse des réglages instantanés (rapport minimum de 1,5:1)
• Des tableaux de sélectivité fournis par le fabricant
• Examen des effets de limitation de courant sur l'énergie traversante

Idée fausse n° 3 : “ Désactiver le déclenchement instantané transforme un MCCB en ACB ”

Réalité: Même les MCCB avec déclenchements instantanés désactivables (par exemple, NSX) intègrent des mécanismes de priorité basés sur l'énergie qui forcent le déclenchement à des niveaux de défaut extrêmes (> 25 × I_n). Ils ne peuvent pas “ attendre ” des courants de défaut élevés comme les ACB.

Impact sur la conception: Lors de l'utilisation de MCCB avec instantané réglable :

• Vérifiez le seuil de déclenchement énergétique auprès du fabricant
• Ne présumez pas un comportement de type ACB aux courants de défaut approchant I_cu
• Tenez compte des implications énergétiques des arcs électriques d'un déclenchement retardé

Liens internes et ressources connexes

Pour une compréhension plus approfondie des concepts de protection connexes, explorez ces guides techniques VIOX :

• Déclassement électrique : Température, altitude et facteurs de groupement – Découvrez comment les facteurs environnementaux affectent les valeurs nominales de courant et la coordination des disjoncteurs
• Guide de coordination ATS et disjoncteur : I_cw et sélectivité expliquées – Analyse détaillée de la coordination de catégorie A par rapport à la catégorie B dans les applications de commutateurs de transfert automatique
• Guide du Disjoncteur Limiteur de Courant : Protection et Spécifications – Plongée en profondeur dans la physique de la répulsion électromagnétique et la limitation I²t
• Types de disjoncteurs : Guide complet de classification – Aperçu complet des différences et des applications entre ACB, MCCB et MCB
• Guide de protection de la recharge commerciale de véhicules électriques : ACB, MCCB et RCBO de type B – Exemple de coordination réel avec calculs de charge

FAQ : Protection court retard des MCCB

Q1 : Puis-je utiliser un MCCB comme arrivée principale au lieu d'un ACB ?

Un: Possible, mais non recommandé pour les systèmes nécessitant une sélectivité totale. Les MCCB n'ont pas de valeurs nominales I_cw déclarées, ils ne peuvent donc pas retarder de manière fiable le déclenchement pour la coordination en aval à des courants de défaut élevés (> 10 × I_n). Utilisez des ACB pour les arrivées principales dans les installations industrielles où la sélectivité est essentielle, ou vérifiez les limites de coordination avec les tableaux du fabricant pour les applications commerciales.

Q2 : Que se passe-t-il si je règle le délai court retard du MCCB sur 0,5 s, mais que le courant de défaut est de 20 × I_n?

Un: Le disjoncteur se déclenchera immédiatement via un déclenchement magnétique, ignorant le réglage de délai de 0,5 s. Les délais court retard des MCCB ne fonctionnent que lorsque le courant de défaut reste entre la prise en charge court retard (par exemple, 2 à 10 × I_n) et le seuil instantané (par exemple, 12 × I_n). Au-dessus de l'instantané, l'élément magnétique remplace les réglages électroniques.

Q3 : Tous les MCCB utilisent-ils la technologie de limitation de courant ?

Un: Non. Les MCCB thermomagnétiques (déclenchement fixe, sans réglage) utilisent généralement des éléments de surcharge bimétalliques plus lents et peuvent ne pas atteindre une véritable limitation de courant. Les MCCB à déclenchement électronique avec des contacts à action rapide et des chambres d'extinction d'arc optimisées sont plus susceptibles de limiter le courant (vérifiez avec les courbes de courant traversant du fabricant indiquant les valeurs I_p et I²t inférieures aux niveaux de défaut prospectifs).

Q4 : Comment vérifier la sélectivité entre deux MCCB ?

Un: Utilisez les tableaux de coordination du fabricant (pas seulement les courbes temps-courant). Les tableaux tiennent compte de :

• L'énergie traversante (I²t) du disjoncteur en aval
• Seuil d'énergie de non-déclenchement du disjoncteur en amont
• Effets de limitation de courant à différents niveaux de défaut
  Exemple : Schneider Electric fournit des tableaux de sélectivité détaillés dans ses guides de coordination indiquant les limites de sélectivité maximales (par exemple, “ Sélectif jusqu'à 15 kA ” entre des modèles de MCCB spécifiques).

Q5 : Pourquoi les MCCB à moteur ont-ils des réglages instantanés plus élevés (13-14 × I_n)?

Un: Pour éviter les déclenchements intempestifs lors du démarrage direct en ligne (DOL) du moteur. La recherche montre que le courant d'appel du moteur peut atteindre 12 à 13 × I_n pour le premier pic. Les MCCB à moteur ont également des seuils de répulsion de contact plus élevés (> 14 × I_n) pour garantir que les contacts ne s'ouvrent pas pendant les transitoires de démarrage, ce qui entraînerait une usure inutile et un soudage potentiel lors de la refermeture.

Conclusion

Le paradoxe apparent des MCCB offrant une protection court retard sans valeurs I_cw nominales découle d'une différence fondamentale dans la philosophie de protection : Les ACB résistent aux défauts grâce à la résistance mécanique et à la masse thermique, tandis que les MCCB limitent les défauts grâce à la physique électromagnétique et à l'interruption rapide de l'arc.

Comprendre cette distinction est essentiel pour les ingénieurs électriciens qui conçoivent des schémas de coordination. Les MCCB peuvent réaliser une coordination sélective avec les dispositifs en aval dans leur capacité de tenue court retard inhérente (généralement 12 à 14 × I_n), mais ils ne peuvent pas reproduire le comportement de l'ACB à des courants de défaut élevés approchant leur pouvoir de coupure. Pour les applications nécessitant une sélectivité totale sur toute la plage de courant de défaut, les arrivées principales ACB se coordonnant avec les départs MCCB restent la référence, tirant parti des capacités de temporisation de catégorie B en amont tout en exploitant les avantages de limitation de courant de catégorie A en aval.

Principe de conception clé: Faites correspondre la catégorie de disjoncteur à l'application : utilisez des ACB là où vous devez “ attendre ” les défauts, utilisez des MCCB là où vous devez “ éliminer les défauts rapidement ”.”

À propos de VIOX Electric: VIOX Electric est un fabricant B2B leader d'équipements électriques, spécialisé dans les disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB), les disjoncteurs à air (ACB) et les solutions de protection complètes pour les applications industrielles et commerciales. Notre équipe d'ingénieurs fournit un support technique pour les études de coordination complexes et l'optimisation de la conception du système. Contactez nous pour des conseils spécifiques à l'application.