Types de disjoncteurs: MCB, MCCB, RCCB, RCBO, ACB, VCB et SF6

Un disjoncteur coupe automatiquement l'alimentation lorsqu'il détecte un défaut, comme une surcharge ou un court-circuit. Il protège ainsi les équipements et réduit les risques d'incendie. Les différents types de disjoncteurs sont conçus pour des niveaux de tension, des courants nominaux et des applications spécifiques, des tableaux électriques résidentiels aux postes haute tension.

Ce guide présente les principaux types de disjoncteurs, notamment les MCB, MCCB, RCCB, RCBO, ACB, VCB et disjoncteurs SF6, afin de vous aider à sélectionner la solution adaptée à votre application.

Figure: Types de disjoncteurs utilisés des tableaux résidentiels aux postes électriques.

Qu'est-ce qu'un disjoncteur?

Un disjoncteur est un appareil de commutation électromécanique ou électronique qui interrompt automatiquement le courant lorsqu'il détecte un défaut électrique.

Fusible ou disjoncteur

La principale différence entre un fusible et un disjoncteur concerne leur réutilisation et leur mécanisme de déclenchement:

Comment un disjoncteur protège-t-il un circuit?

Un disjoncteur réagit à plusieurs types de défauts:

• Protection contre les surcharges. Un courant supérieur à la valeur nominale provoque un déclenchement après un court délai afin de protéger les conducteurs contre la surchauffe
• Protection contre les courts-circuits. Un courant de défaut instantané et extrêmement élevé entraîne un déclenchement presque immédiat, en quelques millisecondes, afin d'éviter des dommages importants
• Protection contre les défauts à la terre. Le disjoncteur détecte un courant de fuite vers la terre et se déclenche lorsqu'il constate un déséquilibre entre la phase et le neutre afin de prévenir les chocs électriques
• Coupure automatique. Les mécanismes internes séparent physiquement les contacts sous tension dès qu'un défaut est détecté, sans intervention manuelle

Composants d'un disjoncteur

Figure: Structure interne d'un disjoncteur avec ses principaux composants.

Comment les disjoncteurs sont-ils classés?

Les fabricants et les organismes de normalisation utilisent plusieurs méthodes de classification. Les deux plus utiles pour sélectionner un appareil sont le niveau de tension et le milieu d'extinction de l'arc.

Disjoncteurs classés par niveau de tension

Disjoncteurs classés par milieu d'extinction de l'arc

Le milieu d'extinction de l'arc détermine en grande partie les dimensions du disjoncteur, les distances d'isolement mécaniques, la fréquence de maintenance et la tension nominale prise en charge.

Figure: Classification des disjoncteurs selon la tension et le milieu d'extinction de l'arc.

Présentation des principaux types de disjoncteurs

Ce tableau récapitule les caractéristiques, les protections et les applications habituelles des principales familles de disjoncteurs.

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Type 1: disjoncteur miniature (MCB)

Qu'est-ce qu'un disjoncteur miniature?

Un disjoncteur miniature est un appareil compact à calibre fixe couvrant des courants d'environ 0,5 A à 125 A. Il s'agit du type de disjoncteur le plus courant dans les logements et les petites installations industrielles, généralement installé sur un rail DIN dans un tableau électrique.

Comment fonctionne un MCB?

Un MCB associe deux mécanismes de déclenchement:

• Déclenchement thermique. Une lame bimétallique se déforme en chauffant lors d'une surcharge et provoque un déclenchement temporisé
• Déclenchement magnétique. Il assure une protection instantanée contre les courts-circuits

Critères de sélection d'un MCB

• Courant permanent maximal (In): la charge nominale ne doit pas dépasser le calibre du MCB, avec des valeurs standard de 6 A, 10 A, 16 A, 20 A ou 32 A
• Pouvoir de coupure (Icn): généralement 4,5 kA, 6 kA ou 10 kA. Il correspond au courant de court-circuit présumé maximal que le disjoncteur peut interrompre sans défaillance dangereuse
• Montage sur rail DIN: les MCB sont normalisés pour une installation sur un rail DIN de 35 mm, ce qui facilite leur intégration modulaire
• Choix de la courbe de déclenchement: l'adaptation du profil de charge à une courbe B, C ou D évite les déclenchements intempestifs provoqués par les courants d'appel

Applications courantes des disjoncteurs miniatures

• Logements et bureaux
• Circuits d'éclairage
• Prises électriques domestiques
• Tableaux de commande de faible puissance

Avantages et limites des MCB

Figure: Disjoncteur miniature monté sur rail DIN dans un tableau électrique.

Courbes de déclenchement des MCB B, C et D

Les courbes de déclenchement déterminent la rapidité avec laquelle le déclencheur magnétique réagit au courant de court-circuit. Elles permettent d'adapter le disjoncteur aux caractéristiques de la charge.

Choisissez la courbe selon le courant d'appel de la charge. La courbe B convient aux charges résistives, la courbe C aux circuits généraux et la courbe D aux équipements à fort courant d'appel, comme les moteurs et les transformateurs.

Type 2: disjoncteur boîtier moulé (MCCB)

Qu'est-ce qu'un disjoncteur boîtier moulé?

Un disjoncteur boîtier moulé est un appareil robuste intégré dans une enveloppe isolante moulée. Il couvre des courants d'environ 15 A à 2 500 A. Contrairement aux MCB, de nombreux MCCB proposent des réglages thermiques et magnétiques permettant d'adapter les courbes de protection.

MCB et MCCB: principales différences

Par rapport aux MCB, les MCCB acceptent des courants plus élevés, offrent des seuils de déclenchement réglables et assurent une meilleure coordination dans les réseaux de distribution industriels.

Critères de sélection d'un MCCB

• Paramètres de déclenchement réglables: ils permettent de régler la protection thermique contre les surcharges, par exemple entre 80% et 100% du courant nominal, ainsi que le seuil magnétique de court-circuit afin d'assurer la coordination avec les MCB en aval
• Pouvoir de coupure ultime (Icu) et pouvoir de coupure de service (Ics): Icu correspond au courant de défaut maximal absolu que le MCCB peut interrompre une fois, tandis qu'Ics indique le courant qu'il peut interrompre tout en restant opérationnel. Privilégiez un rapport Ics/Icu élevé, idéalement de 100%
• Taille de châssis: les formats normalisés, comme 100 A, 250 A ou 400 A, déterminent l'encombrement physique dans le tableau

Applications industrielles courantes des MCCB

• Départs principaux de moteurs
• Machines industrielles de forte puissance
• Tableaux de distribution secondaires
• Arrivées électriques de bâtiments commerciaux

Avantages et limites des disjoncteurs boîtier moulé

Figure: Disjoncteur industriel boîtier moulé installé dans un tableau de distribution.

Type 3: interrupteur différentiel (RCCB)

Qu'est-ce qu'un RCCB?

Un interrupteur différentiel RCCB détecte les courants de fuite à la terre en surveillant le déséquilibre entre les conducteurs de phase et de neutre. Comme il n'assure aucune protection contre les surcharges ou les courts-circuits, il doit être associé à un MCB dans le tableau électrique.

Type 4: disjoncteur différentiel avec protection contre les surintensités (RCBO)

Qu'est-ce qu'un RCBO?

Un disjoncteur différentiel avec protection contre les surintensités (RCBO) associe la protection différentielle d'un RCCB aux protections thermique et magnétique d'un MCB dans un seul boîtier compact.

RCCB ou RCBO

Critères de sélection d'une protection différentielle

• Sensibilité (IΔn): utilisez un appareil de 30 mA pour protéger les personnes contre les chocs électriques. Les appareils de 100 mA ou 300 mA sont réservés à la protection contre les incendies sur les circuits principaux
• Choix du type: type AC pour les fuites alternatives sinusoïdales, type A pour les courants alternatifs et continus pulsés, ou type B pour les courants continus lisses, notamment avec les bornes de recharge de véhicules électriques et les installations photovoltaïques

Figure: Comparaison entre un RCCB associé à un MCB séparé et un RCBO combinant les deux fonctions, avec montage sur rail DIN.

Type 5: disjoncteur à air (ACB)

Qu'est-ce qu'un disjoncteur à air?

Un disjoncteur à air utilise l'air ambiant à la pression atmosphérique comme milieu d'extinction de l'arc. Les ACB sont conçus pour les courants les plus élevés des installations basse tension, généralement de 400 A à 6 300 A sous une tension pouvant atteindre 690 V. Ils sont souvent montés sur un châssis débrochable dans les tableaux électriques principaux.

Lorsque les contacts se séparent, l'arc de forte énergie est étiré, divisé et refroidi dans des chambres d'extinction équipées de plaques métalliques. Ces plaques divisent l'arc en segments plus courts et augmentent rapidement sa résistance jusqu'à ce que la tension ne puisse plus l'entretenir.

Critères de sélection d'un disjoncteur à air

• Version débrochable ou fixe: un appareil débrochable peut être retiré de son châssis et isolé des jeux de barres pour sécuriser la maintenance des contacts
• Réduction du risque d'arc électrique: la commande à distance et les dispositifs de dérivation pour la maintenance améliorent la sécurité des opérateurs lors de défauts à forte énergie
• Unités numériques LSIG: les contrôleurs avancés proposent des réglages pour les protections long retard, court retard, instantanée et contre les défauts à la terre

Applications courantes des disjoncteurs à air

• Arrivées principales des tableaux de distribution basse tension
• Tableaux électriques de grandes installations industrielles
• Tableaux de protection et de synchronisation des générateurs

Figure: Disjoncteur à air débrochable installé dans un tableau électrique.

Type 6: disjoncteur à vide (VCB)

Qu'est-ce qu'un disjoncteur à vide?

Un disjoncteur à vide interrompt le courant dans une ampoule scellée maintenue à une pression extrêmement faible. Cette très faible densité ne laisse pratiquement aucun milieu capable d'entretenir un arc électrique.

Comment le vide éteint-il un arc?

Lorsque les contacts se séparent, un bref arc de vapeur métallique se forme. Quand le courant alternatif passe par zéro, la vapeur se condense rapidement. Le vide retrouve alors son pouvoir isolant et éteint l'arc.

Critères de sélection d'un disjoncteur à vide

• Tension nominale: les VCB sont principalement utilisés en moyenne tension, avec des niveaux standard de 12 kV, 24 kV et 36 kV
• Pouvoir de coupure: généralement compris entre 25 kA et 40 kA
• Endurance mécanique: les VCB peuvent supporter un grand nombre de manoeuvres, souvent jusqu'à 30 000 opérations, ce qui convient aux installations soumises à des commutations fréquentes, comme les fours à arc

Applications courantes des disjoncteurs à vide

• Postes de distribution moyenne tension
• Centres de commande de moteurs moyenne tension
• Réseaux de traction ferroviaire

Figure: Ampoule de coupure à vide avec enveloppe scellée en céramique ou en verre, contacts fixe et mobile et séparation des contacts sous vide.

Type 7: disjoncteur SF6

Qu'est-ce qu'un disjoncteur SF6?

Ces disjoncteurs utilisent de l'hexafluorure de soufre (SF6) comme milieu isolant et d'extinction de l'arc. Le gaz absorbe rapidement les électrons libres, refroidit et éteint l'arc tout en offrant une excellente isolation. Il permet de réduire les distances entre les contacts et de concevoir des postes électriques compacts.

Pour maintenir leurs performances, ces disjoncteurs comportent des contrôleurs de densité compensés en température capables de détecter toute baisse de densité du gaz.

Impact environnemental des disjoncteurs SF6

L'hexafluorure de soufre possède un potentiel de réchauffement climatique extrêmement élevé, environ 23 500 fois supérieur à celui du CO2. Les fuites pendant la fabrication, la maintenance sur site ou le démantèlement présentent donc des risques environnementaux importants. De nombreux opérateurs adoptent progressivement des gaz alternatifs ou des disjoncteurs à vide pour les tensions plus élevées.

Figure: Disjoncteur isolé au gaz SF6 dans un poste de transport haute tension.

Autres types de disjoncteurs

Au-delà des principales catégories, plusieurs technologies anciennes ou émergentes remplissent des fonctions spécifiques dans les installations électriques modernes:

• Disjoncteurs à huile (OCB): ancienne technologie dans laquelle les contacts s'ouvrent dans de l'huile minérale. Elle est aujourd'hui rarement utilisée en raison des coûts de maintenance élevés et des risques importants d'incendie ou d'explosion
• Disjoncteurs différentiels à tension (ELCB): anciens dispositifs de sécurité commandés par la tension. Ils sont devenus obsolètes et ont été remplacés par les dispositifs différentiels modernes à courant résiduel, comme les RCCB et GFCI
• Disjoncteurs différentiels GFCI: équivalents nord-américains des RCCB, avec un seuil très sensible de 4 mA à 6 mA pour protéger les personnes dans les environnements humides
• Disjoncteurs ou détecteurs de défaut d'arc (AFCI/AFDD): appareils utilisant des processeurs de signal numérique pour détecter les arcs intermittents à haute fréquence provoqués par des connexions desserrées et prévenir les incendies avant l'apparition d'une surintensité
• Disjoncteurs statiques (SSCB): technologie émergente utilisant des semi-conducteurs, comme des MOSFET ou des IGBT, pour isoler les défauts en quelques microsecondes sans pièces mobiles, arcs physiques ni usure mécanique

Normes applicables aux disjoncteurs

Afin de garantir la sécurité et l'interopérabilité internationale, les disjoncteurs sont conçus et testés conformément à des normes strictes:

Comparaison des disjoncteurs MCB, MCCB, ACB et VCB

Comment choisir le bon disjoncteur?

Pour sélectionner le dispositif de protection approprié, les ingénieurs suivent une procédure méthodique:

1. Vérifier la tension de fonctionnement: déterminez si la tension est basse, moins de 1 kV, moyenne, de 1 à 36 kV, ou haute, plus de 36 kV, afin d'identifier immédiatement les familles de disjoncteurs compatibles
2. Calculer le courant de charge et le profil d'appel: déterminez le courant permanent de la charge. Pour les charges capacitives ou inductives, comme les moteurs importants, analysez l'amplitude et la durée du courant d'appel afin de choisir la courbe ou la temporisation adaptée
3. Calculer les niveaux de défaut: déterminez le courant de court-circuit présumé au point d'installation à partir de la puissance du transformateur et de l'impédance en amont. Vérifiez que le pouvoir de coupure Icu/Icn du disjoncteur dépasse cette valeur avec une marge de sécurité adaptée
4. Définir la coordination des protections: coordonnez les disjoncteurs et les relais de protection afin que seul l'appareil le plus proche du défaut se déclenche

FAQ sur les disjoncteurs

Conclusion

Le choix du disjoncteur dépend du niveau de tension, du courant de charge, du courant de défaut et des protections requises. Les MCB et RCBO conviennent aux circuits résidentiels, les MCCB et ACB aux réseaux de distribution industriels, tandis que les VCB et les disjoncteurs SF6 protègent les installations moyenne et haute tension.