Découvrez comment fonctionne un disjoncteur électrique : quel est le principe, son rôle et quels sont les différents types de disjoncteur

Méthode de détection des défauts d’un disjoncteur:

Détection Magnétique:

Le disjoncteur divisionnaire est équipé d’un système de détection de court circuit.

Cette détection se fait à l’aide d’un circuit magnétique (une bobine pour faire simple) capable de détecter une forte augmentation du courant électrique qui traverse le disjoncteur.

Le symbole de la protection magnétique est un demi cercle. Il est en corrélation avec la représentation schématique de la bobine en électricité.

On peut retrouver ce demi cercle sur le symbole électrique du disjoncteur:

Détection Thermique:

Pour la détection de surcharge, le disjoncteur est constitué d’un matériel thermo-mécanique. Il réagit en fonction de la température, qui est en relation directe avec le phénomène électrique de surcharge.

En terme un peu plus technique, on parle souvent de bilame pour assurer ce fonctionnement.

Le symbole de la protection thermique est un carré avec un côté ouvert.

On peut retrouver cette représentation de la protection thermique sur le symbole électrique du disjoncteur:

Une protection Magnéto-thermique:

Ces deux protections couplées, magnétique et thermique, donnent un nom un peu plus technique au disjoncteur qui est dit magnéto-thermique.

Par raccourci dans la profession, on parle de disjoncteur. Mais si le terme est omis, il n’en reste pas moins très important.

Une protection électronique:

Les systèmes de détection évoqués ci dessus peut aussi être remplacés par des capteurs électroniques.

Ce n’est plus une protection magnétothermique mais une protection électronique qui assure le même rôle de détection.

Fonctionnement d’un disjoncteur en cas de défaut:

Lorsqu’il y a danger en électricité, il faut l’écarter rapidement et mettre en sécurité la partie impactée par ce danger.

Le disjoncteur, qui protège donc comme je l’ai expliqué contre les courts-circuits et les surcharges, va entrer en action en isolant électriquement la partie où se situe le défaut.

Concrètement, il va sectionner le passage du courant en ouvrant mécaniquement les pôles de connexion électrique.

Visuellement, lors d’une panne, la manette de manoeuvre de l’appareil est positionnée sur OFF ou 0 (selon constructeur).

Types de disjoncteurs et symboles électriques:

Si le fonctionnement et le rôle du disjoncteur sont établis, il existe cependant plusieurs types de disjoncteurs.

Ils sont caractérisés par :

• Le nombre de pôle : selon le cas d’utilisation, le disjoncteur peut avoir une protection sur plusieurs fils électriques. Il possède alors plusieurs bornes de connexion appelées pôles.
• Les fonctionnalités supplémentaires : les deux fonctions de protection du disjoncteur – court circuit et surcharge – sont, pour certains modèles, complémentées par d’autres fonctionnalités pour créer un bloc multi-protection.

Voici chacun de ces disjoncteurs associés de leurs symboles électriques:

Unipolaire:

Le disjoncteur unipolaire est un disjoncteur qui ne possède qu’une borne d’entrée et une borne de sortie. La protection ne s’effectue que sur un fil électrique.

Voici le symbole électrique du disjoncteur unipolaire.

Unipolaire+neutre:

Le disjoncteur unipolaire + neutre, ou 1P+N, est un disjoncteur à deux bornes.

La protection contre la surcharge et le court circuit s’effectue sur un seul pôle.

Mais lors du déclenchement du disjoncteur, ce sont les deux bornes qui sont coupées.

Le symbole électrique récapitule l’explication. Les pointillés indiquent que les deux contacts sont liés et agissent en même temps.

Ce disjoncteur est utilisé dans les tableaux électriques résidentiels.

Bipolaire:

Un disjoncteur bipolaire possède aussi deux bornes. La différence avec l’unipolaire + neutre, c’est que la protection est valable pour les deux conducteurs branchés au disjoncteur (phase et neutre).

Triphasé:

Un disjoncteur divisionnaire triphasé est destiné, comme son nom l’indique, à protéger des récepteurs électriques alimentés en triphasé.

Il possède 3 pôles (pour les trois phases).

Voici le symbole électrique du disjoncteur triphasé:

Tétrapolaire:

Un disjoncteur tétrapolaire possède 4 bornes en entrées (et quatre en sortie).

Il protège les appareils alimentés en triphasé qui nécessitent un conducteur de neutre.

Différentiel:

Un disjoncteur différentiel est un modèle qui possède, en plus de ses fonctions de protection de base, la caractéristique de protection différentielle.

C’est un combiné entre le disjoncteur magnéto-thermique et l’interrupteur différentiel. C’est le cas par exemple du Disjoncteur DT40 de Schneider Electric.

Il peut être monophasé ou tétrapolaire (2 bornes ou 4 bornes).

Pour plus d’informations à ce sujet, j’ai écrit un article complet sur le disjoncteur différentiel.

Caractéristiques techniques d’un disjoncteur électrique:

Les informations techniques qui concernent les disjoncteurs sont fournies pour la plupart sur la face avant d’un disjoncteur, au niveau du marquage.

Voici par exemple les informations inscrites sur un disjoncteur legrand (données issues de cette documentation en ligne).

Intensité et tension nominale:

• La Tension nominale d’un disjoncteur divisionnaire, c’est la tension de fonctionnement normal du matériel. Le disjoncteur a été conçu pour fonctionner à cette valeur de tension.
• L’intensité nominale, c’est l’intensité maximale qu’un disjoncteur peut supporter de (manière continue) dans son fonctionnement normal. Dans le cas d’un dépassement de cette intensité nominale et selon le type de disjoncteur et de condition, il peut avoir un déclenchement du disjoncteur.

Pouvoir de coupure:

Le pouvoir de coupure d’un disjoncteur, c’est sa capacité à résister à un courant électrique de défaut.

Au delà de ce courant, le disjoncteur ne pourra plus assurer un rôle de protection.

Ainsi, un disjoncteur avec un pouvoir de coupure de 6 KA peut jouer son rôle de protection  en encaissant un courant maximal de six mille ampères pendant un temps donné.

Courbes de fonctionnement d’un disjoncteur:

Si je parle de courbes, cela fera peut être remonter de mauvais souvenirs de mathématiques à certains d’entre vous. Et oui effectivement il s’agit bien d’une caractéristique du disjoncteur qui est en relation avec un graphique mathématique.

Mais pas la peine de parler de dérivée, de coefficient directeur ou de pente pour expliquer le principe de courbe de fonctionnement pour un disjoncteur.

En fait, il faut se référer aux critères de protection du disjoncteur que j’ai évoquées ci dessus, la surconsommation de courant électrique (ou surcharge) et le court circuit.

Un disjoncteur déclenche au delà d’une valeur de courant consommé par le récepteur qu’il protège. Mais dans certains cas cette surconsommation peut être passagère et normale.

Exemple de surconsommation de moteur:

C’est par exemple le cas d’un moteur, qui au démarrage a besoin de plus d’intensité pour se lancer.

Le pic initial de courant, ou appel de courant, peut être plus important que le courant nominal du moteur.

Un moteur qui consomme 12 ampères est protégé par un disjoncteur 16A. Mais au démarrage, ce moteur va avoir besoin de plus de courant pour se lancer, 50 ampères par exemple. En théorie, un disjoncteur calibré à 16A verra se pic de consommation comme un défaut et se coupera.

Mais on peut résoudre ce phénomène en choisissant un disjoncteur adapté qui accepte cette demande initiale.

C’est la qu’intervient la notion de courbe de fonctionnement pour un disjoncteur.

Le graphique du temps en fonction de l’intensité:

Quand on représente la fonction de protection d’un disjoncteur, on le fait grâce à une courbe.

C’est un graphique mathématique de l’évolution du temps de déclenchement en fonction du courant d’entrée.

Sur ce graphique (ici un exemple du fabricant Legrand) sont représentés:

• Au niveau de l’axe des abscisses (axe horizontal): le courant électrique exprimé en multiple du courant nominal du disjoncteur – In – donnée inscrite sur le disjoncteur.
• Sur l’axe des ordonnées (axe vertical): le temps de déclenchement exprimé en secondes.

Ce qu’on remarque en analysant ce graphique, c’est que plus le courant d’entrée est important (axe horizontal), plus le temps de déclenchement est faible. C’est cohérent avec la fonction de protection de court-circuit du disjoncteur qui va réagir rapidement en cas d’augmentation importante et rapide de l’intensité.

On peut aussi voir sur le graphique que le disjoncteur déclenche lorsque le courant augmente de façon moins importante mais pendant longtemps, ce qui caractérise une surcharge.

Mais dans ce graphique, la différence ce fait au niveau de deux courbes, la courbe C et la courbe de fonctionnement D.

Par exemple, en lisant deux données du graphique:

• Le disjoncteur courbe C va déclencher au bout de une seconde si il mesure un courant électrique de 6 fois l’intensité nominale.
• Un disjoncteur avec une courbe de fonctionnement type D, déclenchera au bout du même temps pour environ 10 fois l’intensité nominale.

Les différentes courbes pour un disjoncteur:

Il existe plusieurs courbes caractéristiques de fonctionnement de disjoncteur pour répondre à des besoins précis.

Voici les différentes courbes de fonctionnement et leur applications:

• Courbe B: Ce disjoncteur est utilisé pour détecter les court-circuit de faible valeur (entre 3 et 5 fois le courant nominal).
• Courbe C: C’est le modèle utilisé dans les installations électriques domestiques. Il se déclenche en cas de surcharge à partir de 5 à 10 fois le courant nominal.
• Le disjoncteur courbe D: Ce matériel autorise les pics de courant transitoires et temporaires avec un seuil de déclenchement à partir de 10 fois le courant nominal.
• Courbe Z: Le disjoncteur courbe Z est adapté pour la protection des récepteurs très sensibles au court circuit. Il déclenche entre 2 et 3 fois le courant nominal. Il est utilisé pour le matériel électronique.
• Courbe MA: C’est un disjoncteur un peu particulier car il ne possède pas de protection contre les surcharges. Le disjoncteur courbe MA est dédié au démarreurs de moteur qui demande un forte intensité au démarrage. Le courbe MA déclenchera en magnétique à partir de plus de 10 fois le courant nominal.

On retrouve ces informations (ainsi que celle expliquées ci dessus), sur le graphique suivant de Schneider Electric.

Dimensions, hauteur et largeur en module du disjoncteur divisionnaire:

C’est une autre caractéristique importante du disjoncteur, ses dimensions.

La taille d’un disjoncteur s’exprime en module. Il s’agit de la largeur.

C’est une unité de référence dans le tableau électrique qui est valable pour toutes les marques de matériel électrique.

Un disjoncteur legrand de 1 module de large sera identique à un disjoncteur Hager ou Schneider Electric qui mesure un module de large.

On parle aussi parfois de “disjoncteur modulaire”.

Du côté pratique, un module mesure 18 mm de large.

Selon le type de disjoncteur et la technologie, il peut mesurer plusieurs modules de large. C’est le cas des disjoncteurs différentiels, des disjoncteurs triphasés et tétrapolaire.

Un disjoncteur “classique” phase – neutre pour le résidentiel mesure un module de large.

Dans un tableau électrique 13 modules, on peut donc installer 13 disjoncteurs sur la rangée.

Cela reste théorique, puisqu’il faut aussi installer un interrupteur différentiel en tête de rangée le plus souvent. D’autres composants occupent également de la place: contacteur jour nuit, télérupteur….

En ce qui concerne la hauteur du disjoncteur est est également standard pour la partie visible car le disjoncteur doit passer au niveau des rangées du plastron du coffret électrique.

Nombre de bornes:

Je l’ai évoqué un peu au dessus, il existe des disjoncteurs de plusieurs types.

La différence majeure entre ces modèles, c’est le nombre de bornes.

• Unipolaire: une borne d’entrée, une borne de sortie.
• Unipolaire + neutre: deux bornes d’entrée, deux en sortie.
• Bipolaire: deux bornes hautes, deux bornes basses.
• Triphasé: 3 bornes en entrée, 3 bornes de sortie.
• Tétrapolaire: 4 bornes en entrée, 4 bornes en sortie.

Le choix d’un disjoncteur qui se fait dans un premier temps en fonction de son nombre de pôles, c’est donc une caractéristique principale.

On parle aussi de bornes d’un disjoncteur divisionnaire, de borniers ou même de cages.

Branchement et schéma électrique du disjoncteur:

Installation dans le tableau électrique:

Le disjoncteur se branche dans le tableau électrique.

Il est fixé au rail du coffret électrique à l’aide d’un système d’amarrage à l’arrière du disjoncteur.

Ce système peut différer selon les fabricants de matériel électrique.

Le plus souvent, il s’agit d’un système avec un ressort qui vient “s’agripper” au rail du tableau électrique.

Mais certains fournisseurs proposent des modèles différents qui viennent se connecter électriquement et se fixer en même temps. C’est le cas de la technologie Resi 9 de schneider Electric.

Branchement électrique haut et bas:

Un disjoncteur (quelque soit le modèle) possède deux zones pour les connexions électriques:

• Les borniers de connexions en haut du disjoncteur, situées en amont.
• Les bornes en bas, dites en aval.

Bornes en amont (connexions hautes du disjoncteur):

Ces bornes situées en haut du matériel électrique peuvent accueillir:

• Les connexions d’un peigne électrique: c’est la configuration la plus basique en résidentiel. Le disjoncteur est alimenté par le dessus en sortie d’un interrupteur différentiel.
• Des fils électriques: Ce type de branchement est plus rare pour les tableaux électriques domestiques puisque c’est le peigne qui est utilisé. Mais il peut avoir des disjoncteurs alimentés par le haut pour la protection du départ du tableau électrique divisionnaire. Par contre, le raccordement au niveau des bornes hautes avec du fil électrique est utilisé plus souvent en industriel et tertiaire, sur des disjoncteurs triphasés ou tétrapolaires. Le disjoncteur est alimenté depuis un bornier de répartition.

Bornes en aval (connexions électriques basses du disjoncteur):

En sortie du disjoncteur, ce sont toujours des fils électriques qui sont utilisés.

Ces fils vont directement aux appareils de commandes et récepteurs ou peuvent circuler par une boite de dérivation intermédiaire pour câbler les schémas électriques.

Connexions automatiques ou à vis:

Dernière information au niveau du branchement des fils électriques au disjoncteur.

Les bornes d’un disjoncteur magnéto-thermique peuvent être:

• A vis: c’est le système le plus ancien. Le branchement électrique se fait à l’aide d’un tournevis isolé.
• A connexion automatique: C’est un système plus récent inspiré de ce qui se fait au niveau des connecteurs automatiques pour réaliser les schémas électriques (les plus connus étant les wagos). Il faut dénuder le fil électrique et le pousser dans des borniers de connexions situés sous le disjoncteur.

Le choix du type de connexion, vis ou automatique, est en général à la discrétion du professionnel (ou du particulier) qui a l’habitude de travailler avec une technologie en particulier.

La connexion automatique, si elle coute un peu plus chère, est plus pratique dans la mise en oeuvre et le branchement des fils électriques aux disjoncteurs.

Pour avoir un aperçu je vous propose de lire l’article que j’ai rédigé sur le matériel électrique Hager ou j’installe des disjoncteurs (et interrupteurs différentiels) à connexion automatique.

Exemple et Zoom sur un disjoncteur de la marque Hager

Je vous propose d’aller un peu plus loin et de rentrer dans la pratique en prenant pour exemple un disjoncteur Hager unipolaire+neutre.

Pourquoi ce modèle ? Car c’est une marque que j’ai l’habitude d’installer dans les tableaux électriques résidentiels.

Mais je possède un exemplaire transparent (merci Hager) qui permet de voir l’extérieur et surtout l’intérieur.

Le disjoncteur magnéto-thermique vu de l’extérieur :

Mécanisme de sectionnement:

Le disjoncteur est équipé d’un système qui de fermer les contacts pour laisser passer le courant ou pour ouvrir ces contacts.

Ce sectionnement se fait en face avant du disjoncteur à l’aide de la manette.

Mécanisme de connexion dans le tableau électrique:

La fixation sur le Rail du coffret électrique se fait au niveau du mécanisme situé à l’arrière du disjoncteur.

Ce système est composé de deux parties:

• Il y a une première partie fixe qui vient s’accrocher sur le haut du rail.
• La seconde partie du mécanisme est mobile.

La pose et le retrait du disjoncteur sur le rail se fait en utilisant un tournevis plat et en agissant sur la partie mobile.

Il faut baisser cette partie mobile vers le bas pour ouvrir le mécanisme et libérer (ou fixer) le disjoncteur du coffret électrique.

Bornes de connexions:

Enfin, le disjoncteur est équipé de deux bornes de connexion électrique en amont, et deux bornes en aval.

Ici, ce sont des connexions à vis.

A l’intérieur du disjoncteur:

C’est un peu plus compliqué de voir l’intérieur, mais avec cette maquette Hager, il est possible d’apercevoir deux éléments du disjoncteur pour le tableau électrique.

Circuit magnétique et détection de court circuit:

Assez facile à apercevoir, le mécanisme de protection contre les courts-circuits est composé d’une bobine.

Elle réagit en fonction de l’augmentation brutale du courant qui correspond à un court circuit électrique.

C’est un système de protection basé sur une variation de champ magnétique.

Bilame et détection de surcharge:

Un peu plus compliqué à apercevoir, le bilame qui entre dans la protection contre la surcharge, est un élément qui vient agir sur le mécanisme de sectionnement.

Comment? Sa forme se modifie en fonction de l’élévation de température et vient “appuyer” sur le mécanisme de sectionnement pour ouvrir le contact et sécuriser le circuit électrique.

C’est un système de protection basé sur une variation mécanique.

Questions courantes à propos du disjoncteur électrique:

Différence entre disjoncteur et porte fusible?

Si le porte fusible (ou plomb électrique comme il est parfois appelé) est en voie de disparition, la question reste valable puisqu’on trouve encore des portes fusibles.

La différence en terme de protection entre un disjoncteur et un fusible est identique.

Le fusible protège aussi contre la surcharge et le court circuit électrique.

La différence se fait au niveau du mode de fonctionnement:

• Le fusible est à usage unique. Après protection contre un défaut et correction de la panne électrique, il doit être remplacé.
• Le disjoncteur quant à lui peut être réarmé. Lorsqu’un incident apparaît et que le passage du courant est interrompu, il suffit de ré-enclencher le disjoncteur (après avoir corrigé le défaut).

Peut on réutiliser des vieux disjoncteurs?

Lors d’une rénovation électrique, on intervient parfois sur un tableau électrique qui possède déjà des protections. Ces dernières sont encore valables du point de vu normatif: des interrupteurs différentiels et aussi des disjoncteurs anciens.

Il est tentant de vouloir réutiliser les protections de l’ancien coffret pour faire des économies, puisque le tableau électrique reste un gros budget pour une installation électrique.

Mais il y a une inconnue vis à vis de ces anciens composants électriques. Depuis combien de temps servent-ils et surtout à quel type de défaut ont ils été soumis?

Pour balayer le doute, il ne faut jamais réutiliser de vieux disjoncteurs pour faire un nouveau tableau électrique.

Je nuance quand même mon propos.

Vous rénovez un tableau que vous avez réalisé quelques temps plus tôt (pour déplacer le tableau électrique par exemple)?

Si vous savez qu’il n’y a eu aucun problème sur l’installation électrique, vous pouvez réutiliser les disjoncteurs.

Phase à droite, et neutre à gauche sur un disjoncteur, est ce obligatoire?

Lorsque j’ai réalisé mes premiers schémas électriques, il m’est arrivé par erreur de mettre la phase à gauche et le neutre à droite (j’ai effectué les corrections depuis).

Alors, est ce vraiment une erreur importante?

Oui ça l’est, puisque sur un disjoncteur en résidentiel, la protection est faite sur le conducteur de phase uniquement. Et c’est sur la borne de droite que se fait cette protection.

Pourquoi le neutre n’est pas protégé contre les surcharges et court circuit en monophasé résidentiel?

Dans un circuit électrique, le courant qui parcoure la phase et le neutre est identique.

Si défaut il y a, il suffit de le détecter sur un seul des conducteurs. C’est pour cela que la détection de surcharge et de court circuit s’effectuent que sur la phase.

Sens de branchement: peut on brancher un disjoncteur à l’envers?

Si, comme je l’ai expliqué ci dessus, la convention et l’usage veulent qu’on alimente un disjoncteur par le haut avec la sortie vers le bas, il est tout à fait possible de faire l’inverse.

C’est d’ailleurs signalé dans les notices des disjoncteurs.

Mais, brancher un disjoncteur à l’envers pose plusieurs soucis:

• Un premier de nature sécuritaire. Si le disjoncteur est laissé avec les informations écrites dans le bon sens et que l’alimentation se trouve en bas, c’est une source de confusion pour celui qui interviendra sur le circuit électrique. Il s’agit aussi d’une question de fonctionnement au niveau d’une partie (la chambre de l’extinction de l’arc électrique) qui n’est efficace que dans un sens de branchement. Cette notion m’a été apportée en commentaire par des lecteurs (merci!).
• Un second d’ordre esthétique, si il est retourné tête vers le bas par rapport à la lecture du marquage mais aussi vis à vis de l’ensemble du coffret électrique. On s’approche d’une installation électrique “à la numérobis” (voir Astérix et Cléopatre pour mieux comprendre).

Ce type de branchement est fortement déconseillé, même si un marquage est indiqué au niveau du disjoncteur.

Dans tous les cas, une vérification de l’absence de tension au niveau du disjoncteur permettra de lever le doute dans ce cas de figure.

conclusion:

Je pense avoir fait “le tour” du disjoncteur à travers cet article.

Il reste encore quelques notions de théorie à aborder, mais ces dernières ne sont pas forcément “utiles” en terme de compréhension de ce matériel du tableau électrique.

Si vous n’avez pas eu le courage de lire l’article en entier, voici ce qu’il faut en retenir:

• Le disjoncteur est une protection du tableau électrique.
• Il protège les biens matériels contre les dangers de la surcharge et de court circuit électrique.
• Il est disponible dans différentes “versions” qui permettent de répondre à des besoins en fonction du type d’installation (monophasé / triphasé) et du comportement du matériel qu’il protège.