Un disjoncteur à courant continu est destiné à établir, supporter et interrompre des courants continus sous sa tension assignée, que ce soit en condition normale ou anormale par exemple un court-circuit, selon la définition donnée par la Commission électrotechnique internationale. L'interruption d'un courant continu est à la fois différente et plus difficile que celle d'un courant alternatif. Les disjoncteurs à courant continu sont donc très différents de leurs équivalents pour courant alternatif. Des modèles en moyenne tension et haute tension existent actuellement dans le domaine ferroviaire et dans les stations HVDC, cependant jusqu'à présent aucune solution acceptable n'a été trouvée pour réaliser un disjoncteur à courant continu très haute tension : soit le système est trop lent, soit dégage trop de pertes. En 2012, ABB a présenté un concept semblant surmonter les problèmes rencontrés jusqu'à présent. Alstom a démontré une capacité de coupure encore plus rapide en 2013.
thumb|upright=1.3|Un disjoncteur ultra rapide pour courant continu alimentant les rails du métro, gamme de réglage de déclenchement en surintensité: à , intensité permanente . Bitensions commutable sur la boite à arc ou .
Pour les disjoncteurs destinés au domaine ferroviaire une chambre de coupure munie de séparateurs est souvent utilisée en combinaison avec une bobine créant un champ magnétique qui fait se déplacer l'arc vers ces derniers. Les disjoncteurs HVDC sont très différents. Ceux à circuit oscillant sont constitués de trois branches électriques en parallèle : un disjoncteur courant alternatif, une branche pour faire osciller le courant et une branche pour absorber l'énergie. Les éléments les constituant divergent selon les technologies utilisées, mais le principe de fonctionnement reste similaire : un mécanisme permet de diriger le courant du disjoncteur vers la branche oscillante, celle-ci le dirige vers la branche absorbante, cette dernière permet de créer une tension aux bornes de l'ensemble suffisante pour interrompre totalement le courant s'écoulant dans le disjoncteur. Avec ces circuits, la durée de coupure du courant est relativement longue. Des disjoncteurs HVDC construits simplement avec des semiconducteurs sont possibles, mais entraînent de fortes pertes, ce qui n'est pas acceptable pour les réseaux de transport d'énergie. Afin de combiner les avantages des deux systèmes des solutions hybrides ont été imaginées. La solution proposée par ABB en 2011 semble aboutie, elle est constituée de deux branches en parallèle: la première pour conduire le courant en régime permanent est constituée d'un sectionneur rapide, d'un interrupteur de faible dimension fait d'éléments semiconducteurs pour dériver le courant dans la seconde branche qui comprend un interrupteur de grande dimension fait lui aussi d'éléments semiconducteurs et qui va interrompre le courant et de varistances pour dissiper l'énergie.
La production de disjoncteur à courant continu haute tension (disjoncteurs HVDC) pourrait révolutionner la structure du réseau électrique actuel en rendant réalisable la construction d'un réseau maillé en tension continue en lieu et place ou en combinaison avec le réseau en tension alternative actuel.
Problématique Disjoncteur à courant alternatif thumb|Principe d'un disjoncteur à courant alternatif, non applicable pour un courant continu important Pour les disjoncteurs en courant alternatif, la coupure d’un courant électrique 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 continue de circuler dans le circuit à travers un arc électrique qui s’est établi entre les contacts du disjoncteur.
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 disjoncteur 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 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 re-combinent 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 ). 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 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.
Interruption du courant continu Le courant continu ne peut être interrompu par un disjoncteur à courant alternatif, car il ne passe pas par zéro, la puissance fournie à l'arc électrique qui s'est établi entre les contacts du disjoncteur est donc toujours très élevée et ce dernier ne peut être interrompu par un simple soufflage. Il faut donc absorber l'énergie de l'arc électrique ou forcer le passage du courant à zéro. Par ailleurs, l'énergie réactive contenue dans le réseau doit être dissipée. Enfin la tension transitoire de rétablissement qui apparaît aux bornes du disjoncteur après l'interruption du courant ne doit pas conduire au réenclenchement du circuitWolfgang Grieshaber, "DC-breaker prototype: challengesand advances", WORKSHOP EWEA 2012, 17 April 2012.
Historique thumb|Schéma élémentaire d'un disjoncteur DC thumb|Schéma amélioré d'un disjoncteur DC présenté par Greenwood et Lee en 1972 L'intérêt pour la réalisation de disjoncteur DC naît dans les années 1960 avec le développement des installations HVDC.
Greenwood et Lee ont développé en 1972 des disjoncteurs HVDC pour General Electric. Ils proposent une amélioration du principe de base (voir ci-contre) en ajoutant une branche absorbant l'énergie en plus de celle oscillante.
Dans les années 1980 de nombreuses études ont été publiées sur le sujet, mais seules deux lignes HVDC multi-terminaux ont été réalisées. En haute tension, les disjoncteurs construits les plus puissants ont une tension de pour une capacité d'interruption de courant de ou pour , ce qui représente des courants à peine plus élevés que le courant nominal. Un disjoncteur a été construit en 1985 par Hitachi , des disjoncteurs ont été réalisés en 1984 puis amélioré en 1985 par les équipes de Westinghouse et BBC et testés sur la Pacific DC Intertie. Le disjoncteur de Westinghouse utilise le SF6 pour l'isolation et le coupure alors que le disjoncteur BBC est à air comprimé. Ils ont été testés sous , le courant a été coupé avec des durées de coupure inférieures à la valeur spécifiée de .
Vers la fin des années 1980, la découverte des supraconducteurs à haute température ouvre de nouvelles possibilités. Il a été proposé de couper un courant continu en faisant passer celui-ci à travers un élément supraconducteur et en provoquant la transition dudit élément de l'état supraconducteur à l'état non supraconducteur, soit par élévation de la température dudit élément au-dessus de sa température critique, soit en amenant le champ magnétique à une valeur supérieure à celle du champ critique dudit élément. Les problèmes liés à la coupure de courants de différentes valeurs ont conduit à la proposition de concepts divers comme celui d'Alstom en 1990.
Les usages de résistance à coefficient de température positif (CTP) à base de titanate de baryum et de strontium ainsi que résistance comprenant des éléments en polymère chargé de carbone, dont la résistance augmente brutalement lorsque la température dépasse , sont également envisagés afin de limiter la valeur du courant de défaut et rendre l'ouverture du disjoncteur plus aisée.
En 2010, seuls des disjoncteurs DC en basse et moyenne tension sont disponibles mais l'intérêt pour le développement de disjoncteur HVDC renaît.
En , ABB annonce avoir réussi à concevoir un disjoncteur HVDC hybride permettant d'interrompre le courant en .
En 2013, les équipes d'Alstom Grid annoncent avoir réussi à interrompre un courant de en à Villeurbanne . Début 2014, ces mêmes équipes déclarent avoir construit un prototype de disjoncteur avec une tension de coupure de , ayant interrompu en et ayant passé les tests diélectriques standards pour les disjoncteurs.
Les disjoncteurs HVDC sont encore en phase de développement. Leur tension assignée doit augmenter pour que ces disjoncteurs soient réellement utilisés dans le réseau. L'usage de BiGT, des semiconducteurs bi-directionnels à base d'IGBT, doit permettre d'augmenter le courant interrompu .
Construction Disjoncteurs basse tension
thumb|Schéma d'un disjoncteur DC basse tensionvignette|Arc électrique de et sur un disjoncteur .
thumb|Ouverture ralentie d'un disjoncteur ultra rapide à courant continu sous un fort courant avec projection d'argent en fusion ( la tension de l'arc est entre 2 et sans boite à arc)..
Les disjoncteurs DC basse tension utilisent une technologie proche de celle des disjoncteurs AC dans le sens où des contacts s'ouvrent, un arc apparaît puis un mécanisme permet d'éteindre l'arc. Toutefois alors que pour un disjoncteur AC, le passage par le zéro du courant permet d'obtenir des conditions dans lesquelles l'arc peut être soufflé, pour un disjoncteur DC d'autres stratégies doivent être utilisées. La tension aux bornes de l'arc doit atteindre la valeur de la tension du système, pour cela il faut augmenter la résistance de l'arc. Pour y parvenir, on peut : allonger l'arc, le refroidir ou le séparer en de nombreux arcs en série.
En détails, l'arc apparaît entre deux contacts proches l'un de l'autre. Un dispositif - bobine, aimant permanent - crée un champ magnétique, qui lui-même crée une force de Laplace qui fait se déplacer les pieds de l'arc sur le contact qui est conçu de sorte à favoriser un allongement de l’arc plus rapide et plus grand que celui provoqué par la seule ouverture mécanique des contacts. Il faut noter que si le courant est assez élevé l'usage d'une bobine n'est pas nécessaire. Si au contraire le courant est faible, la mise en place d'un noyau magnétique au centre de la bobine peut être envisagée. Dans tous les cas si le champ produit est trop faible, l'arc ne se déplace pas et n'est pas interrompu. La bobine ne doit dans tous les cas être alimentée que lors de l'ouverture du disjoncteur. Au bout d'un moment, l'arc rencontre les séparateurs. Ceux-ci vont le diviser en de nombreux arcs en série. Les séparateurs peuvent être en matière conductrice ou isolante, dans les deux cas ils servent à refroidir l'arc. Dans le premier cas on parle de cathode froide pour les séparateurs.
Ouverture d'un disjoncteur avec un courant permanent de 16 kA la tension de l'arc est entre 2 et 11 V
Pour la moyenne et haute tension À circuit oscillant thumb|Schéma de principe d'un disjoncteur DC à circuit oscillant thumb|Schéma typique d'un disjoncteur DC à circuit oscillant, la présence de sectionneurs dépend du choix de la méthode de commutation