TECHNO. / ETUDE.D’EQUIPEMENT Doc : 1) ROLE
Un arc électrique est une étincelle électrique qui jaillit entre deux potentiels électriques différents.
Le rôle très important joué par l’arc électrique dans l’interruption des courants électriques justifie la diversité des solutions techniques employées pour la fabrication des interrupteurs, contacteurs et disjoncteurs.
La part qui revient à l’expérimentation est très importante dans la conception de ces matériels.
2) FORMATION D’UN ARC ELECTRIQUE
2-1) Circonstances de la formation d’un arc électrique La formation d’un arc électrique a lieu :
généralement et normalement entre les contacts des appareils de coupure de courant électrique (interrupteurs, contacteurs et disjoncteurs) lors de l’ouverture et de la fermeture des pôles de ceux-ci.
particulièrement et anormalement entre deux organes sous tension mal isolés, dans les points de connexion formant un mauvais contact, …
2-2) Etude expérimentale de la formation d’un arc électrique 2-2-1) Schéma de montage
2-2-2) Déroulement
a) A la mise sous tension
Les électrodes E1 et E2 sont en contact, l’ampèremètre mesure le courant dans le circuit, le voltmètre indique une tension nulle aux bornes du contact.
b) A la séparation des électrodes
On observe la création d’un arc, puis l’ampèremètre passe à 0 (circuit coupé) et le voltmètre indique la tension U (figure 2).
La valeur de la tension d’arc Uarc est donnée par une formule établie par Mme AYRTON comme suite :
bL a
U
arc
avec
(mm) électrodes les
entre distance :
L -
(V/mm) potentiel de
gradient :
b -
électrodes aux
tension de
chute : a -
c) En répétant cette expérience
Au ralenti, on constate que :
dès que la séparation des électrodes (0,1 mm) s’établit une tension d’arc comprise entre 15 et 20V.
Fig. 1
Fig. 2 Fig. 3
a b
Lycée Professionnel de Man ARC ELECTRIQUE
NOM :PROF : GNONKONSON GEORGES CLASSE : ELT 2A
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en éloignant progressivement les électrodes, la tension indiquée par le voltmètre augmente régulièrement, alors que l’intensité dans le circuit diminue jusqu’à s’annuler à l’extinction de l’arc.
En faisant varier le courant I, on constate pour la même distance L, que l’arc électrique ne se produit qu’à partir d’une certaines valeurs du courant I.
2-2-3) Conclusion L’arc électrique résulte :
de la circulation du courant électrique dans un gaz ;
de l’ionisation de l’air ou du diélectrique provoquée par la distance très faible entre les deux contacts.
2-3) Facteurs favorisant la formation d’un arc électrique 2-3-1) Tension à couper
Plus la tension est élevée, plus la longueur de l’arc est plus importante. En haute tension l’arc peut atteindre plusieurs mètres de longueur.
2-3-2) Courant à couper
Pour une tension donnée, si l’intensité du courant dépasse une valeur appelée intensité critique d’arc, il y a sûrement établissement d’un arc. Plus ce courant à couper est grand, plus l’arc est dense.
2-3-3) Nature du courant
Le courant continu est plus difficile à couper que le courant alternatif qui passe à zéro 100 fois par seconde.
2-3-4) Nature des électrodes (ou pôles)
Le tableau ci-après donne les tensions limites Uarc et les courants en dessous desquels il n’y a plus d’arc.
La chute de tension aux électrodes est directement liée aux matériaux et l’état de surface (facteur b).
MATERIAUX I(A) U(V) MATERIAUX I(A) U(V)
Argent 0,4 12 Or 0,38 15
Argent-palladium 0,3 11 Tungstène 1 16
Cuivre 0,43 13 Platine 0,9 17
2-3-5) Nature du diélectrique
Si les qualités diélectriques de l’isolant placé entre les électrodes ne sont pas suffisantes, il y a conduction de l’isolant. C’est par exemple le cas de l’ionisation de l’air.
En élevant la température des contacts, l’arc provoque l’évaporation du métal des électrodes.
Certains constructeurs, pour éviter l’ionisation du diélectrique, réalisent une coupure dans le vide.
Cette technique est utilisée par Siemens dans son appareillage type HT.
2-3-6) Distance entre les électrodes
Pour une distance trop faible, l’arc ne pourra s’éteindre et il y a destruction des contacts par fusion (c’est le cas des mauvais contacts).
2-3-7) Vitesse de coupure
La vitesse lente de coupure favorise l’établissement d’un arc électrique.
3) TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC ELECTRIQUE DANS LES APPAREILS DE COUPURE DE COURANT 3-1) Coupure par rupture brusque
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Cette technique emploie un système de séparation rapide des contacts lors des ouvertures (figure 1 / DOCUMENT 1/1).
3-2) Coupure par fractionnement de l’arc
Le fractionnement de l’arc consiste à fragmenter l’arc en créant plusieurs points de coupure (figure 2 / DOCUMENT 1/1).
3-3) Coupure par soufflage
Le soufflage consiste essentiellement à allonger l’arc en la déformant pour faciliter sa coupure.
Parmi les techniques de coupure par soufflage nous retenons :
le soufflage par auto ventilation (figure 3 / DOCUMENT 1/1) ;
le soufflage magnétique (figure 4 / DOCUMENT 1/1) ;
etc.
4) EFFETS DE L’ARC ELECTRIQUE 4-1) Effet calorifique
La température de l’arc, très élevée, de 2500 à 5000°C, a pour effets :
l’évaporation des métaux des contacts ;
la fusion du matériel entraînant le plus souvent les incendies.
4-2) Effet lumineux
L’arc électrique produit une lumière très intense qui est dangereuse pour l’œil nu.
5) APPLICATIONS
L'importante chaleur dégagée par l'arc électrique est souvent utilisée dans des dispositifs spécifiques tels que les fours à arc, utilisés pour fondre les matériaux résistant à la flamme. Ces fours peuvent atteindre des températures de l'ordre de 2800°C.
L'arc électrique est également utilisé dans les sources de lumière de grande intensité telles que les lampes à décharges. La couleur de la lumière émise dépend du gaz dans lequel se produit la décharge. Par exemple, elle est rouge pour du néon et blanche si le gaz est du xénon ou de l’air.
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ARC ELECTRIQUE DOCUMENT : 1/1
Figure 3 : Soufflage par auto ventilation Figure 4 : Soufflage magnétique
Figure 5 : Soufflage et fractionnement de l’arc
Figure 7 : synthèse des systèmes de soufflage dans l’air
Figure 6 : Soufflage magnétique et refroidissement de l’arc Figure 1 : contact 0 rupture brusque Figure 2 : coupure fractionnement de l’arc
0: Point commun 1: Contact “O”
2: Contact “F”
