Disjoncteur PDF

 

TABLE DES MATIÈRES

INTRODUCTION   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1

Généralités sur les disjoncteurs 1.1 Qu’ Qu’est est-ce -ce qu’un qu’un dis disjon joncte cteur ur ?[2]   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Rôl Rôlee d’un d’un disj disjonc oncteu teurr à haut hautee tensi tension on[3] [3]   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 5 6

2 3

principe de fonctionnement d’un disj sjo oncteur à haute tension différents typ es de disjoncteurs de distribution [1] 3.1 Disjoncteur à huile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Disjoncteurs avec ampou poules à vide . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Disjoncteur à air comprimé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Disjoncteur au SF6 (Hexafluorure de soufre) . . . . . . . . . . . 3.5 Disjoncteur auto-pneumatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Disjoncteur à auto-soufflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Disjoncteurs de générateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7 9 9 11 13 15 17 19 20

Pe P erformances d’un disjoncteur à haute tension [1] CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BIBLIOGRAPHIE ET WEPOGRAPHIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2

[1] . . . . . . .

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TABLE DES FIGURES

1.1

 vue d’un disjoncteur à haute tension   .

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3.1 Breve Brevett de disjonc disjoncteu teurr à eau et huile huile [1]  [1]   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Ampoule à vide pour disjonct disjoncteur eur à moy moyenne enne tensio tension n  [1]   . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Disjon Disjoncte cteur ur a aair ir comp comprim riméé  [1]   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 13 15

Princ des disjoncteurs auto 33.4 .5 Principe Principe ipe d es ddisjonc isjoncteurs teurs auto-pneum à aut-pneumatiqu o-soufflatiques age es [1] .  [1] . . .  .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 3.6 Principe Principe des disjoncteu disjoncteurs rs à auto-souffla auto-soufflage ge [1]  [1]   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1280 21

3

 

TABLE DES FIGURES 

INTRODUCTION

Toute nation vit au dépend dép end de l’énergie électrique, ceci sousentend que l’énergie est d’une importance notoire pour toute citée.Il est donc important de construire des sources de production de l’énergie électrique, de transporter cette énergie afin de pouvoir la distribuer aux consommateurs finaux.La distribution reste une étape très essentielle sans quoi l’on aura pas accès à l’énergie même après la production et le transport. La distribution en question nécessite tout un appareillage électrique adapté aux différents niveau de tension.Parmi cet appareillage figure le disjoncteur qui est un appareil très primordiale.voici qui nousilparle disjoncteurs de distributionun surdocument toute ses formes; s’agitdes entre autre des disjoncteurs à haute tension.

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CHAPITRE

 1 GÉNÉRALITÉS SUR LES DISJONCTEURS

1.1 1. 1

Qu’e Qu’est st-c -ce e qu’u qu’un n disj disjon onct cteu eurr ?[ ?[2] 2]

Un disjoncteur est un appareil de connexion électrique capable d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, ainsi que d’établir, de supporter pendant une durée spécifiée et d’interrompre des courants dans des conditions anormales spécifiées telles que celles du court-circuit ou de la surcharge.

5

 

CHAPITRE CHAP ITRE 1. GÉNÉRALIT GÉNÉRALITÉS ÉS SUR LES LES DISJ DISJONCTE ONCTEURS  URS 

Figure  1.1

1.2 1. 2

–

 vue d’un disjoncteu disjoncteurr à haute tension

Rôle Rôle d’un d’un dis disjo jonc ncte teur ur à haut haute e ten tensi sion on[3 [3]]

Il assure la protection des conducteurs et des appareils en cas de surcharge ou de court-circuit en coupant automatiquement l’installation. La remise en service s’effectue, après élimination du défaut, en refermant le disjoncteur.Il sert également d’appareil de commande et de sectionnement car il permet d’alimenter ou non une ligne selon la demande d’énergie.

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CHAPITRE

 2

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN DISJONCTEUR À HAUTE TENSION   [1]

La coupure d’un courant électrique par un disjoncteur à haute tension est obtenue en séparant des contacts dans un gaz (air, SF6..) ou dans un milieu isolant (par exemple l’huile ou le vide). Après séparation des contacts, le courant contin continue ue de circuler dans le circuit circuit à traver traverss un arc électrique qui s’est établi entre les contacts du disjoncteur. À ce jour, les disjoncteurs à haute tension (72,5 kV à 1 100 kV) utilisent essentiellement le gaz ou l’huile pour l’isolement et la coupure, la technique de coupure dans le vide est limitée aux applications en moyenne tension avecdequelques développements récents pour une tension assignée 84 kV2. Dans les disjoncteurs à gaz, le courant est coupé lorsqu’un soufflage suffisant est exercé sur l’arc électrique pour le refroidir et l’interrompre. à l’état normal, le gaz contenu dans le disjoncteur est isolant, il permet de supporter la tension du réseau connecté à ses bornes. Lorsque les contacts du disjonc7

 

CHAPITRE CHAP ITRE 2.

PRINCIPE PRINCIPE DE FONCTIONN FONCTIONNEMEN EMENT T D’UN DISJONCTEUR DISJONCTEUR À HAUT HAUTE  E  TENSION  [1]  [1]

teur se séparent, l’intervalle entre les contacts est soumis à un fort champ électrique, le courant circule alors à travers un arc qui est un plasma (ou gaz ionisé) composé de molécules de gaz décomposées, d’électrons et d’ions. La température de l’arc devient très élevée, elle peut atteindre 20 000˚C ou plus au cœur de l’arc. Sous l’action du soufflage exercé sur l’arc lors du fonctionnement du disjoncteur, la température de l’arc diminue, les électrons et les ions se recombinent et le fluide retrouve ses propriétés isolantes. La coupure de courant est alors réussie. Pour les disjoncteurs à haute tension, le principe de coupure retenu est la coupure du courant lorsqu’il passe par zéro (ceci se produit toutes les dix millisecondes dans le cas d’un courant alternatif à 50 Hz). En effet, c’est à cet instant que la puissance qui est fournie à l’arc par le réseau est minimale (cette puissance fournie est même nulle à l’instant où la valeur instantanée du courant est nulle), on peut donc espérer, moyennant un soufflage suffisant, mettre à profit cet intervalle de temps pendant p endant lequel le courant est de faible intensité pour refroidir suffisamment l’arc afin que sa température diminue et que l’espace entre les contacts redevienne isolant.

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CHAPITRE

 3 DIFFÉRENTS TYPES DE DISJONCTEURS DE DISTRIBUTION   [1]

3.1 3. 1

Disj Disjon onct cteu eurr à huile uile

La coupure dans l’huile s’est imposée en haute tension après avoir été développée en moyenne tension (ou Haute tension A). Sous l’action de l’arc électrique, l’huile est décomposée, plusieurs types de gaz sont produits (essentiellement de l’hydrogène et de l’acétylène) lors de cette décomposition. L’énergie de l’arc est utilisée pour décomposer et évaporer l’huile, ceci permet de refroidir le milieu entre les contacts et par suite d’interrompre le courant à son passage par zéro. Les premiers disjoncteurs à huile avaient des contacts de coupure qui étaient plongés dans de l’huile contenue dans une cuve métallique au potentiel de la terre, d’où leur nom de Dead tank. Ils sont appelés disjoncteurs à gros volume d’huile . Certains sont toujours en service actuellement. Par la suite, dans les années 1950, les disjoncteurs à faible 9

 

CHAPITRE CHAP ITRE 3.

DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

volume d’huile d’huile ont été conçus pour p our réduire la quantité d’huile nécessaire et surtout limiter le risque d’incendie inhérent aux disjoncteurs à gros volume d’huile. L’arc se développe dans un cylindre isolant afin de limiter sa longueur et de contrôler autant que possible l’énergie contenue dans l’arc. Cette énergie est utilisée pour générer le soufflage par vaporisation de l’huile comme expliqué précédemment. Cette technique que l’on appelle par auto-soufflage sera reprise plus tard pour les disjoncteurs à SF6. Elle a été appliquée pour des tensions assignées atteignant 765 kV et des courants de défaut très élevés, pouvant atteindre 50 kA. Ces disjoncteurs avaient pour principaux inconvénients de nécessiter de nombreux éléments de coupure en série (pour tenir la tension), et de nécessiter un entretien important et délicat (remplacement de l’huile usagée). Ils ont été supplantés par les disjoncteurs à SF6 qui nécessitent peu de maintenance et ont une longue durée de vie.

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DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

Figure  3.1

3.2 3. 2

– Brevet de disjoncteur à eau et huile   [1]

Disj Disjon onct cteu eurs rs avec ampou ampoule less à vide vide

Les premières recherches et brevets sur les ampoules (interrupteurs) à vide ont été faites par le California Institute of  Technology vers 1926. Les premières applications industrielles ont été réalisées à la fin années 1950 lorsque les difficultés Edité par SETONOU Juliano

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DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

technologiques de mise en œuvre furent résolues, notamment la garantie d’un vide poussé pendant au moins vingt ans, ce qui nécessite une étanchéité parfaite de l’ampoule. Dans un disjoncteur à vide, l’arc est alimenté par les particules issues des contacts. La haute tenue diélectrique obtenue dans un vide poussé permet de tenir la tension transitoire de rétablissement entre contacts après interruption du courant. Le passage du courant dans des contacts de forme appropriée génère un champ magnétique qui entraîne entraîne la rotation de l’arc et évite que ce dernier reste attaché sur la même surface de contact. Il est ainsi possible d’éviter la fusion des contacts d’arc et une production excessive de particules métalliques qui aurait limité la tenue de la tension après l’interruption du courant. Actuellement des disjoncteurs intégrant des ampoules à vide sont en service jusqu’à 84 kV, kV, au Japon, le pouvoir de coupure d’un disjoncteur à vide peut atteindre 63 kA. Des recherches sont en cours pour développer des ampoules à vide de tension supérieure.

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Figure  3.2

3.3 3. 3

– Ampoule à vide pour disjoncteur à moyenne tension [1] tension  [1]

Disj Disjon onct cteu eurr à air air comp compri rimé mé

Le gaz contenu danspression les disjoncteurs air comprimé est maintenu sous haute (20 à 35 àbars) à l’aide d’un compresseur. Cette haute pression permet d’assurer la tenue diélectrique et de provoquer le soufflage de l’arc pour la coupure. Le soufflage intense exercé dans ces disjoncteurs a permis d’obtenir de très hautes performances (courant coupé jusqu’à Edité par SETONOU Juliano

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DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

100 kA sous haute tension) et avec avec une durée d’élimination du défaut très courte permettant d’assurer une bonne stabilité des réseaux en cas de défaut. Ils ont eu longtemps le monopole monop ole des hautes performances et furent les années 1960très et 1970 utilisés de préférence danspendant les réseaux à très haute tension, en particulier en Amérique du Nord. Un défaut des disjoncteurs à air comprimé est leur bruit très important à l’ouverture. De plus, ils nécessitent un entretien périodique, en particulier de leurs compresseurs, ceci explique qu’ils ont été progressivement supplantés par une autre génération de disjoncteurs, celle des disjoncteurs à SF6 (ou hexafluorure de soufre). À noter que la technique à air comprimé est la seule qui permette encore aujourd’h aujourd’hui ui d’atteindr d’atteindree les pouv p ouvoirs oirs de coupure les plus élevés (275 kA sous 36 kV) qui sont exigés pour les disjoncteurs de générateurs.

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DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

Figure  3.3

3.4 3. 4

– Disjoncteur a air comprimé [1] comprimé  [1]

Disj Disjon onct cteu eurr au SF6 SF6 (He (Hexa xaflu fluor orur ure e de souf soufre re))

Le développement des réseaux haute tension et la nécessité de faire pénétrer ces réseaux à l’intérieur des agglomérations et des zones industrielles ont entraîné la conception de nouveaux types de postes p ostes à haute-tension à encombrement encombrement réduit du type blindé sous enveloppe métallique. assurer l’isolement, l’airouatmosphérique a été remplacéPour par du SF6, qui possède de très bonnes propriétés diélectriques, ce qui a permis de réduire fortement fort ement l’encombrement l’encombrement de l’appareillage à haute tension. une nouvelle génération de disjoncteurs SF6 à très haute tension a été développée, avec une géométrie simplifiée qui inEdité par SETONOU Juliano

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DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

tègre un inséreur de résistance de fermeture dans la chambre de coupure. Dans ce cas, la résistance est située à l’extrémité de la chambre, à l’intérieur d’une enveloppe métallique mais isolée de celle-ci par le SF6 contenu dans le pôle . Cette résistance sert à limiter les surtensions sur le réseau pendant l’enclenchement ou le ré-enclenchement de longues lignes à très haute tension. La réduction du nombre de chambres de coupure a entraîné une grande simplification des appareils par la diminution du nombre de pièces en mouvement, du nombre de joints d’étanchéité, etc. Il en a donc résulté une amélioration de la fiabilité des appareils qui est venue s’ajouter à l’augmen l’augmentation tation du pouvoir pouvoir de coupure. coupure. Les disjoncteurs à coupure dans le SF6 sont utilisés lorsque le pouvoir de coupure ne dépasse pas 160 kA ou 210 kA, audelà, les disjoncteurs à air comprimé fournissent les pouvoirs de coupure les plus élevés qui peuvent être requis, jusqu’à 275 kA. Au plan technique, plusieurs caractéristiques des disjoncteurs SF6 peuvent expliquer leur succès : 

La simplicité de la chambre de coupure qui ne nécessite

pas de chambre auxiliaire pour la coupure (contrairement aux appareils plus anciens à air comprimé);  L’autonomie des appareils apportée par la technique autopneumatique (sans compresseur de gaz);  La possibilité d’obtenir les performances les plus élevées,  jusqu’à 63 kA, avec avec un nombre réduit de chambres chambres de Edité par SETONOU Juliano

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coupure : une seule chambre est nécessaire en 245 kV, une ou deux en 420 kV et 550 kV, généralement quatre en 800 kV ; 

Une durée d’élimination en très haute tension; de défaut courte, de 2 à 2,5 cycles  Une grande endurance électrique qui permet de garantir une durée de vie d’au moins 25 ans;  Une réduction de l’encombrement possible avec les postes sous enveloppe enveloppe métallique métallique ;  La possibilité d’équiper d’équip er les chambres de résistances de fermeture ou d’effectuer des manœuvres synchronisées afin de limiter les surtensions pendant les manœuvres en très haute tension;  La sécurité de fonctionnement;  Un faible niveau de bruit 3.5

Disjon Disjoncte cteur ur auto-p auto-pneu neumat matiqu ique e

Lorsque le disjoncteur est en position p osition fermé, le courant transite par des contacts permanents sur le diamètre extérieur dedits la partie active. qui Lorssont d’unsitués déclenchement du disjoncteur, la partie mobile se déplace vers le bas, entraînant la séparation des contacts permanents. Le courant passe alors par une autre série de contacts, appelés "contacts d’arc". Quand la partie mobile a fait une course suffisante, les contacts d’arc se séparent, ce qui provoque l’amorçage d’un Edité par SETONOU Juliano

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CHAPITRE CHAP ITRE 3.

DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

arc entre ces contacts. Les contacts d’arc sont réalisés avec des matériaux à base de tungstène de manière à pouvoir supporter sans dommage les effets de l’arc électrique. Pendant la manœuvre d’ouverture, le disjoncteur produit lui-même la compression du gaz nécessaire au soufflage de l’arc. Le déplacement relatif du cylindre de soufflage par rapport au piston fixe crée une surpression dans le cylindre qui s’évacue à l’intérieur de la buse et refroidit l’arc, permettant ainsi son extinction. extinction. La figure ci-dessous ci-dessous rappelle de manière schématique le principe de fonctionnement de ces appareils.

Figure   3.4

– Principe des disjoncteurs auto-pneumatiques [1] auto-pneumatiques  [1]

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CHAPITRE CHAP ITRE 3.

3.6 3. 6

DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

Disj Disjon onct cteu eurr à auto auto-s -sou ouffla fflage ge

Les disjoncteurs à auto-soufflage sont caractérisés par l’utilisation importante de l’énergie d’arc pour la coupure : le soufflage par auto-soufflage s’est substitué en grande partie au soufflage auto-pneumatique pour la coupure des forts courants. La coupure des courants faibles est toujours obtenue par un soufflage auto-pneumatique, l’énergie de l’arc n’étant pas suffisante pour contribuer au soufflage. La figure ci-dessous montre que pendant la phase de fort courant, l’arc amorcé entre les contacts (7) et (8) transmet une grande partie de son énergie au volume d’expansion thermique Vt. Au passageà travers par zéroladu courant surpression ainsi du créecontact se vidange buse isolantela(9) et à l’intérieur mobile (7). Ce double soufflage permet de refroidir et d’interrompre efficacement l’arc. Pour la coupure des courants faibles un soufflage auto-pneumatique d’appoint est effectué dans le volume Vp, le gaz comprimé venant souffler l’arc par l’intermédiaire du volume Vt.

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CHAPITRE CHAP ITRE 3.

DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

Figure  3.5

3.7 3. 7

– Principe des disjoncteurs à auto-soufflage

Disj Disjon onct cteu eurs rs de gé géné néra rate teur urss

Ces disjoncteurs sont connectés entre un générateur de centrale électrique et le transformateur qui élève la tension avant transport de l’éne l’énergie rgie électrique électrique parle réseau. Les disjoncteurs de générateurs sont généralement utilisés à la sortie des générateurs de forte puissance (jusqu’à 1 800 MVA, dans le cas de centrales nucléaires) pour les protéger de manière sûre, rapide et économique. Ces disjoncteurs ont une conception particulière car ils doivent doivent pouvoir transiter des courants très élevés en service continu (6 300 A à 40 000 A), et être aussi dotés d’un très fort pouEdité par SETONOU Juliano

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CHAPITRE CHAP ITRE 3.

DIFFÉREN DIFFÉRENTS TS TYPES DE DISJONCT DISJONCTEURS EURS DE DIST DISTRIBUT RIBUTION  ION  [1]  [1]

voir de coupure. En outre, ils doivent être capables de couper des forts courants avec une vitesse de rétablissement de la tension transitoire de rétablissement (TTR) qui est très supérieure à cellededes appareils de distribution utilisés dans la même gamme tension.

Figure  3.6

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– Principe des disjoncteurs à auto-soufflage   [1]

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CHAPITRE

 4

PERFORMANCES D’UN DISJONCTEUR À HAUTE TENSION

[1]

Comme tout appareil électrique à haute tension, un disjoncteur doit avoir un niveau d’isolement assigné et un courant permanent assigné en service continu qui assure que la température de ses pièces ne dépassera pas une valeur valeur normalisée. La performance principale qui caractérise un disjoncteur est son pouvoir de coupure en courtcircuit, c’est-à-dire le courant maximal qu’il est capable d’interrompre sous sa tension assignée (tension maximale du réseau où il est utilisé). Les valeurs du pouvoir de coupure en court-circuit, exprimé en valeur efficace, sont comprises typiquement entre 25 kA Le et 63 kA (exception faite des disjoncteurs de générateurs). courant de court-circuit qui peut être interrompu par un dis joncteur dépend fortement de la tension qui se rétablit aux bornes du disjoncteur après interruption du courant. Cette tension se rétablit tout d’abord avec des oscillations à haute fréquence, on l’appelle alors la tension transitoire de rétablis22

 

CHAPITRE CHAP ITRE 4.

PERFORMA PERFORMANCES NCES D’UN D’UN DISJONCTEUR DISJONCTEUR À HAUTE HAUTE TENSI TENSION  ON  [1]  [1]

sement (TTR), puis elle varie avec la fréquence industrielle du réseau. Un disjoncteur doit aussi être capable d’établir un courant de court-circuit la valeur crête est normalementpar égale au produit de sondont pouvoir de coupure en court-circuit 2,5 (réseaux à 50 Hz) ou 2,6 (réseaux à 60 Hz). En outre, les disjoncteurs de lignes à haute tension doivent être capables d’enclencher ou ré-enclencher des lignes sans provoquer de surtensions sur le Réseau électrique. Deux techniques sont utilisées pour limiter les surtensions : l’insertion de résistance à la fermeture ou une manœuvre synchronisée par rapport à la tension, avec dans ce dernier cas un objectif de fermeture du circuit lorsque la tension aux bornes du disjoncteur est minimale.

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CHAPITRE CHAP ITRE 4.

PERFORMA PERFORMANCES NCES D’UN D’UN DISJONCTEUR DISJONCTEUR À HAUTE HAUTE TENSI TENSION  ON  [1]  [1]

CONCLUSION en un mot l’on peut retenir que le disjoncteur est d’une utilité notoire pour la sécurité des des appareils et charges utilisés sur les lignes. c’est un appareil qui permet de protéger l’installation électrique contres les court-circuits et les surcharges. Du fait de la première fonction de cet appareil : couper ou non l’alimentation des lignes selon la demande, il est indispensable indispensable à tout réseau électrique. électrique.

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CHAPITRE CHAP ITRE 4.

PERFORMA PERFORMANCES NCES D’UN D’UN DISJONCTEUR DISJONCTEUR À HAUTE HAUTE TENSI TENSION  ON  [1]  [1]

BIBLIOGRAPHIE ET WEPOGRAPHIE [1] https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Disjoncteur_ \%C3\%A0_haute_tension  consulté

le 25/10/2019 à envi-

ron 15h [2]   http://sitelyceejdarc.org/autodoc/cours/003\ %20T\%20STI2D/Technologie\%20transversale/147\%20EDT\ %2069\%20Surveillance\%20consommation/export/medias/ 483.pdf  consulté le 25/10/2019 à environ 15h

[3]  http://ww2.ac-poitiers.fr/electrotechnique/sites/ electrotechnique/IMG/doc/docprof-17.doc consulté le

25/10/2019 à environ 15h

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