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Circuits simples d’aéronefs – Appareillage de protection

Électricité pour aéronefs

© Andrei Radulescu 2002

Généralités

3-3 APPAREILLAGE DE PROTECTION

Contenu du chapitre

Rôle de l’appareillage de protection

Méthodes de protection

Éléments constitutifs

Types de dispositifs de protection

Fusibles

Limiteurs de courant

Disjoncteurs thermiques

Disjoncteurs magnétiques

Disjoncteurs magnéto-thermiques

Choix des systèmes de protection

Circuit de protection magnéto-thermique




Généralités

La puissance maintenant utilisée à bord des aéronefs est en croissance continue Ce phénomène et aussi la mise à la masse du négatif nécessitent la protection de l'ensemble des consommateurs contre les dangers de cette énergie Un défaut d'origine électrique peut mettre hors service une bonne partie d'éléments vitaux de l'avion, ou bien devenir la source d'un incendie à bord Les défauts se manifestent principalement sous deux formes dans un circuit :

coupure du conducteur court - circuit (connexion accidentelle de deux conducteurs à des potentiels différents)




Généralités

Coupure

Causes

soudures / sertissages mal faits

Résultats

perte de contrôle de la servitude (plus de courant dans le circuit)

il n’y a pas une libération excessive d'énergie




Généralités

Court - circuit

Causes

entretien négligé du matériel

frottement des câbles du aux vibrations

pertes de propriétés des isolants (vieillissement)

connexions soudées/serties malfaites




Généralités

Court - circuit

Résultats

augmentation sensible de l’intensité dans le circuit et dans le réseau

perte de contrôle du consommateur

chute de la tension du réseau si le court-circuit est permanent

perte de contrôle de la totalité du réseau

risque d'incendie combustion des isolants

projection de métal en fusion

étincelles




Rôle de l’appareillage de protection

Vu que ce sont les courts-circuits qui produisent les plus grands dégâts, il faut réduire au minimum leurs conséquences par :

l’isolement rapide du circuit en défaut

la limitation des perturbations sur le reste du réseau

la réduction des risques d’incendie




Méthodes de protection

La méthode de base consiste dans le contrôle de la surintensité (surcharge) au dessus de la valeur normale (nominale) du courant

Il y a aussi d’autres méthodes de protection qui sont basées sur le contrôle :

du sens du courant

du courant différentiel

du survoltage

du sous voltage

du déséquilibre des phases

Ces autres méthodes de protection sont plutôt inclues dans les unités de contrôle des systèmes de génération et distribution de l’énergie électrique




Éléments constitutifs d’un dispositif de protection

Les deux éléments sont presque toujours groupés ensemble :

un élément détecteur de la surintensité

un élément d’ouverture du circuit




Dispositifs de protection

Deux grandes catégories de dispositifs de protection sont présentement utilisées en aviation :

les fusibles

dispositifs de protection à unique utilisation (après le fonctionnement ils doivent être remplacés)

les disjoncteurs

dispositifs de protection à multiple utilisation (ils peuvent être réarmés après avoir ouvert le circuit qu’ils protègent)

Voir photos

Voir photo




Fusibles (1)

L’élévation de température résultant d’un accroissement d’intensité engendre la fusion d’un fil d’alliage (Ag, Al, étain)

La fusion est limitée dans une enceinte réduite (faite d’un tube de verre / Bakélite / céramique), pour éviter la projection du métal en fusion

Le fil est en contact avec deux calottes métalliques qui connectent l’élément dans le circuit à protéger

Les fusibles doivent supporter l’intensité du courant en régime permanent et c’est cette valeur qui est indiqué sur les fusibles

Ils sont connectés en série avec les consommateurs qu’ils doivent protéger




Fusibles (2)

Pour les fusibles à faibles valeurs (light-duty fuses) on utilise comme moyens d'emplacement des montures spéciales

Un couvercle vissé tien le fusible fixé dans le corps de la monture, et permet aussi le test du fusible à travers un petit trou




Fusibles (3)

Les fusibles à grande valeur (heavy-duty fuses) sont aussi appelés fusibles rapides

Leur tube est rempli de silice ou poudre d'amiante ou quartz granulaire ou encore carbonate de calcium (craie) pour éviter toute dissipation thermique et l'effet explosive de l'arc électrique qui peut se constituer dans la rupture

À l'intérieur il y a plusieurs éléments fusibles identiques branchés en parallèle

Ils vont fusionner l'un après l'autre dans une séquence très rapide




Fusibles (4)

Le temps de fusion dépends du rapport I/In et il est différent pour fusibles à faible valeur et fusibles rapides

I/In Fusibles rapidesTemps (sec)

Fusibles à faible valeurTemps (sec)

1.15

1.6 < 120 < 140

2 < 3 6 < t < 80

3 < 0.7 2 < t < 20

5 < 0.3 0.6 < t < 6

10 < 0.1 0.1 < t < 1




Fusibles (5)

Les règlements de la FAA (FAR - Federal Air Regulation) stipulent que à bord de l'aéronef on doit trouver des fusibles disponibles pour remplacer ceux qui ont brûlé

Le nombre des fusibles disponibles doit être 50% du nombre total de chaque type ou un (lequel est plus grand)




Limiteurs de courant

Sont destinés à limiter le courant à des valeurs prédéterminées

Ils sont en fait des fusibles lents (slow-blow fuses) et sont utilisés dans des circuits de grande puissance

Pour un temps limité ils vont supporter une valeur plus grande que la valeur inscrite

Ils sont faits d'une bande en cuivre enfermée dans une enceinte rectangulaire en céramique qui a une fenêtre de visitation en verre ou mica





Ils servent les mêmes buts que les fusibles, mais ils sont réarmables manuellement

Ils fonctionnent comme un interrupteur manuel, mais le déclenchement se fait automatiquement

Le mécanisme de déclenchement est appelé à "déclenchement libre " (free-tripping device).





La construction d'un disjoncteur comporte 3 ensembles majeurs :

le bilame (élément détecteur de la surintensité )

l'unité de contact (type interrupteur)

le mécanisme de verrouillage et de déverrouillage

Un bouton - poussoir est prévu pour le réarmement manuel et pour le déclenchement manuel pour la situation où on veut isoler un certain circuit

Voir chapitre “Appareillage de contrôle”




Disjoncteurs thermiquesAprès que le disjoncteur a coupé le circuit on doit le réarmer

Pour ça faire on tire le bouton - poussoir à sa position extrême (FULL OFF) et puis on l'enfonce

Si la cause du fonctionnement du disjoncteur a été une surcharge temporaire, accidentelle, on peut le réarmer tout de suite

Si, quand même il déclenche de nouveau, on doit enlever la cause - le défaut dans le circuit

On ne doit pas faire trop des essais de réarmement sinon on peut endommager le conducteur ou même causer un feu

Voir photo avec fils brûlés




Disjoncteurs thermiquesPour les disjoncteurs thermiques on doit attendre un certain temps pour que le bilame se refroidisse, avant de les réarmer

Le temps nécessaire pour actionner dépends aussi de la température ambiante, en outre que le rapport I/In

I/In Température=-40°Ctemps(sec)

Température=+20°Ctemps(sec)

Température =+57°Ctemps(sec)

1.2 85 < t < 600

1.4 30 < t < 85

1.6 120 < t < 800 30 < t < 90 17 < t < 30

1.8 55 < t < 180 18 < t < 45 12 < t < 18

2 28 < t < 50 12 < t < 25 8 < t < 12

3 6 < t < 10 3.5 < t < 5 2 < t < 3.5

4 2.5 < t < 5 1.5 < t < 2.2 0.8 < t < 1.5




Disjoncteur magnétique

L'élément détecteur est un enroulement

Lorsque In est atteint, le flux produit par la bobine attire la palette mobile et le contact est déverrouillé grâce au ressort

Le temps de réponse et plus court, parce qu'il n'y a pas d'inertie thermique




Disjoncteur magnéto - thermique

L'élément détecteur est double - bobine et bilame

Le premier à actionner le mécanisme de verrouillage est la bobine 1

Si le courant n'est pas suffisant c'est la déformation du bilame qui excite la deuxième bobine

Les deux flux s'additionnent et le déclenchement est provoqué




Disjoncteur magnéto - thermique




Protection magnéto - thermique

Le circuit se caractérise par un inverseur à deux position : normale et secours

La position de secours permet d'outrepasser la protection en cas de nécessité absolue

on peut alimenter ainsi directement le relais de commande





Type de circuit Remarques Type de protection

lignes d'alimentation intensité élevée disjoncteurs magnétiques et fusibles rapides

lignes de contrôle ou de commande

disjoncteurs thermiques ou fusibles lents

circuits de sécurité outrepasser la protection

relais magnéto - thermique

circuits à fort appel de courant

surintensité normale

disjoncteur thermique -





Selon la valeur In les valeurs des fusibles et des disjoncteurs sont donnés par rapport au calibre du conducteur protégé (le calibre est obtenu fonction du courant nominal dans le circuit)

Voir chapitre “Normes AC 43-13”

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