Appareils de Protection

Les appareils de protection 1. Nature des perturbations :

Tout phénomène qui engendre une modification, plus ou moins grande, des valeurs nominales des grandeurs : tension, courant, est une perturbation. Ces perturbations sont de trois tr ois types : - les surcharges,  Les surintensités : - les courts circuits,  Les surtensions,  Les baisses et manques de tension. ature des perturbations perturbations

Les surintensités  Les surcharges surcharges  Temporaires

Causes

Effets

Moyens de protections

- Démarrage ou freinage d’un moteur. I

- Peu de risques.

- Pas de coupure envisagée.

IT

In t

 Prolongées

- Rupture d’une phase - Échauffement lent et pro- Moteur en dépassement de gressif :  Vieillissement des charge. - Fonctionnement abusif et isolants,  Destruction des isosimultané de plusieurs appareils électriques. lants,  Incendies. d’alimentation d’un moteur.

I

IP

- Coupure retardée mais devenant rapide si l’amplitude

de la surcharge est importante. - Appareils de protection :  Disjoncteur avec déclencheur thermique,  Relais thermique.

In t

 Les courts circuits

- Contact électrique entre conducteurs portants des  potentiels différents. différents. Icc I In t

Les surtensions

- Formation d’un arc électrique. -Echauffement -Echauffement très important : destruction des câbles, voire du matériel. - Incendies. - création d’effets électrodynamiques.

- Augmentation brutale de la - Destruction des isolants. tension due :  à des contacts accidentels avec la H.T,  à des conditions atmosphériques : coup de foudre.

2. La protection contre les surcharges : le relais thermique 2.1. Symbole

- Coupure instantanée. - Appareils de protection :  Disjoncteur avec déclencheur magnétique,  Relais magnétique,  Fusible.

- Coupure instantanée. - Appareils de protection :  Relais de surtension,  Parafoudre.

2

2.2. Constitution       

Arrivé du courant Système de déclenchement Réglage du calibre de déclenchement Départ courant Elément bimétallique Contact auxiliaire Bouton de réarmement

2.3. Principe de fonctionnement

7

6

Il est constitué d’un bilame métallique composé de deux lame s à coefficients de température différents. Le passage du courant, s’il est supérieur à la valeur de réglage du relais, provoque l’échauffement et la d é-

formation de la bilame. Un contact électrique (contact NF) associé à cette bilame, déclenche le circuit de commande. Le relais thermique est généralement différentiel et / ou compensé. 

Principe du dispositif différentiel

En cas de coupure de phase ou de déséquilibre sur les trois phases d’alimentation d’un moteur, le dispositif dit différentiel  agit   agit sur le système de déclenchement du relais thermique pour éviter tout échauf-

fement et risque de destruction du moteur. 

Principe de la compensation en température Afin d’éviter tout déclenchement dû aux variations de la température ambiante, une bilame de c om-

 pensation est monté sur le système principal du déclenchement. déclenchement. Cette bilame de compensation se déforme dans le sens opposé à celui des bilames principaux. 2.4. Réglage des relais thermiques

2.5. Réglage des relais thermiques

3

Le relais thermique possède une certaine plage de réglage de son intensité de déclenchement Ir. On règle toujours le relais à la valeur nominale du courant absorbé par le récepteur qu’il protége Ir = In. L’intensité minimale minimale (réelle)  (réelle) de déclenchement est égale, en générale, à 1.15 fois Ir. 2.6. Courbes de déclenchement des relais thermiques

Exercice :

Un récepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 20 A. Une surcharge apparaît. On mesure un courant de surcharge de 40 A. er 

 1  cas : pour

Réponse :

On a :

une durée de surcharge de 20 s, est-ce que le relais thermique déclenche ? Ir = In = 20 A et de plus, la durée de surcharge est de 20 s Isur 

40 

Ir 



2

20

Conclusion : (d’après la courbe) le relais thermique ne déclenche pas. ème

2

 cas : pour une durée de surcharge de 4 min, est-ce que le relais thermique déclenche ?

Réponse :

On a :

Ir = In = 20 A et Isur 

40 

Ir 



2

20

de plus, la durée de surcharge est de 4 min Conclusion : (d’après la courbe) le relais thermique déclenche. Il déclenche au bout de  : 30 s à chaud, 33 s sur 2 phases, 1 min à froid. 2.7. Choix d’un relais thermique

Document Document constructeur de chez TELEMECANIQUE

4

Exercice :

Un récepteur (moteur) absorbe un courant nominal de 27 A. Donnez la référence du relais thermique choisi. Réponse :

On a: In = 27 A, Alors Réf : LR2 D23 53.

3. La protection contre les courts circuits : le fusible 3.1. Symbole

3.2. Constitution       

Tube Capsule de contact Disque de centrage de la lame fusible Plaquette de soudure (elle lie la capsule  et la lame fusible ) Lame fusible Sable (silice)

3.3. Principe de fonctionnement Le fusible est constitué d’une lame fusible dans une enveloppe fermée. Cette lame fusible 5

fond si le cou-

rant qui la traverse dépasse la valeur assignée. L’enveloppe quant à elle, contient du sable (silice) afin de permettre une coupure franche en évitant ainsi le maintient du passage de courant à travers l’arc électrique. 3.4. Présentation du fusible

Il existe deux types de cartouche fusible : - cartouche cylindrique, - cartouche à couteaux. 3.4.1. Cartouche cylindrique

Ils sont utilisés dans le domaine domestique ou le domaine industriel (selon leur taille). Intensité nominale ou assignée

Type (classe) de la cartouche fusible

Tension nominale ou assignée

3.4.2. Cartouche à couteaux

On utilise ces cartouches dans le milieu industriel. 3.5. Classification des cartouches fusibles Suivant leur utilisation, trois classes de fusibles pe uvent s’employer  :

- les cartouches fusibles très rapides, - les cartouches fusibles standards, - les cartouches fusibles lents. Type Très rapide

Courbe de fusion

Utilisation

Utilisé pour les protections des semiconducteurs.

(prosistor)

Standard

Utilisation générale.

Type gG (écriture en noire)

 Lent

Type aM (écriture en vert)

Utilisé pour les forts courants transitoires : - démarrage des moteurs, - primaire des transformateurs.  Non prévus pour une protection contre les faibles surcharges, les courants conventionnels de fusion ou de non fusion ne sont pas fixés. Ils fonctionnent à partir de 4 In environ.

3.6. Caractéristique temps-courant 3.6.1.Courbe temps-courant

3.6.2. Exemple de caractéristiques des cartouches fusibles de type gG

6

Inf

If

avec :  Inf (I1): intensité de non fusion, courant supporté par le fusible pendant un temps conventionnel sans fondre. If (I2): intensité de fusion, courant qui provoque la fusion du fusible avant la fin du temps conventionnel. 3.7. Courbes de fusion

Elles permettent de déterminer la durée de fonctionnement du fusible en fonction du courant qui le traverse avant sa fusion. 3.7.1. Cartouche cylindrique de type gG

Remarque :

un fusible de calibre 10 A commence à fondre à partir de 18 A au bout de 10 000 s.

3.7.2. Cartouche cylindrique de type aM 7

Remarque : un fusible de calibre 3.8 Choix d'un fusible

10 A commence à fondre à partir de 48 A au bout de 60 s.

Pour choisir un fusible, il faut connaître les caractéristiques du circuit à protéger : - circuit de distribution, fusibles gG; - circuit d’utilisation moteur, fusible aM. On choisit le calibre du fusible égal au courant : - À pleine charge de l'installation à protéger pour la classe gG. -  Nominal du moteur à pleine charge pour la classe aM. Exemples : 



Moteur triphasé 230 V  –  08,5 A Fusible aM 10 A, socle 40 A, cartouche 14 x 51 Installation de chauffage électrique absorbant 34 A Fusible gG 40A, socle 40A, cartouche 14 x 51

Une protection par fusible peut s’appliquer à un départ (ligne) ou à un récepteur. Le choix du fusible s’effectue donc sur les points suivants :      

La classe : gG ou aM. Le calibre I n La tensio n d’emploi U (inférieure ou égale à nominale U n ) Le pouvoir de coupure La forme du fusible (cylindrique ou à couteaux) La taille du fusible

4. La protection contre les surcharges et les courts circuits : le disjoncteur magnéto-thermique 4.1. Symbole 

D





4.2. Fonctions principales 8

Il a deux fonctions principales : - couper et sectionner : rôle des pôles principaux, - protéger contre les surcharges et les courts circuits : rôle du dispositif thermique et du dis positif magnétique. Le disjoncteur peut-être muni de déclencheurs : A courant différentiel résiduel de défaut pour la protection contre les contacts indirects ; De baisse de tension, temporisés ou non.

Remarque :  

4.3. Caractéristiques d'un disjoncteur 4.3.1. Grandeurs physiques a. Courant assigné ou nominal (IN)

Le courant nominal est la valeur du courant que peut supporter indéfiniment un sans échauffement anormal . On l’appelle aussi calibre du disjoncteur.

disjoncteur

b. Courant de réglage (IR )

Le courant de réglage I R   est le courant maximal que peut supporter le disjoncteur sans déclenchement. Ce courant est lié au réglage du déclencheur thermique. IR  est en général égale à 0,7 à 1 I N. c. Courant de fonctionnement (I M)

Le courant de fonctionnement I M est le courant de fonctionnement des déclencheurs magnétiques, en cas de surintensité brutale ou de court-circuit. La valeur de I M peut varier entre 2,8 et 15 I N. 4.3.2. Courbe de fonctionnement a. Courbe de déclenchement

C'est l'association de la courbe de déclenchement du relais thermique et la courbe de déclenchement du relais magnétique.

PdC (Pouvoir de Coupure) : valeur maximale du courant de court circuit que le disjoncteur  peut couper sans qu’il soit

détérioré.

Zone de déclenchement du dispositif thermique

Zone de déclenchement du dispositif magnétique

C’est la courbe de déclenchement typique d’un disjoncteur magnéto -thermique Remarque : on règle le courant I R  à la valeur du courant nominal absorbé par le récepteur ou l’installation.

4.5. Eléments de choix d’un disjoncteur 9

Le choix d'un disjoncteur en basse tension s'effectue en fonction du circuit à protéger et  principalement selon : - la tension d’emploi : Ue, - le courant nominal : In, en relation avec l'intensité admissible selon la NF C 15-100 - le pouvoir de coupure : qui dépend de la valeur du courant de court-circuit au point considéré - le nombre de pôles, - le nombre de pôles protégés : 1, 2, 3 ou 4, - la courbe et le type de déclenchement. Disjoncteur différentiel à courant résiduel (D.D.R.) Le disjoncteur différentiel magnéto  –   thermique est aussi (DDR), qui a pour rôle d’assurer :

-

appelé Dispositif Différentiel à courant Résiduel

La protection des circuits contre les courants de défauts de surcharge et de court-circuit (fonction dis joncteur magnéto  –  thermique). - La protection des personnes contre les contacts indirects, fuite de courant à la terre (fonction différentielle).

Les installations industrielles

10

 I .Constitution des installations:

Les installations industrielles des automatismes sont séparées en deux parties bien distinctes appelées: circuit de commande et circuit de puissance. I.1 Circuit de commande :

Il comprend tous les appareils nécessaires à la commande et au contrôle des automatismes. Il est composé de:     

Une source d'alimentation. Un appareil d'isolement. (contacts auxiliaires du sectionneur). Une protection du circuit (fusible, disjoncteur). Appareils de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur physique). Organes de commande (bobine de contacteur). I.2 Circuit de puissance :

Il comprend les appareils nécessaires au fonctionnement des récepteurs de puissances et sert à exécuter les ordres reçus du circuit de commande. Il est composé de:  Une source d'alimentation généralement triphasée.  Un appareil d'isolement. (sectionneur).  Une protection du circuit (fusible, relais de protection)  Appareils de commande (les contacts de puissance du contacteur)  Des récepteurs de puissance (des moteurs). Remarque :

Deux éléments différents d'un même appareil peuvent être repartis dans les deux circuits Exemple: le contacteur, le sectionneur; les circuits de commande et de puissance possèdent chacun son propre alimentation. Circuit d commande Circuit de puissance le choix de l’alimentation se fait et dépend des caract é- le choix de l’alimentation dépend des caract é-

ristiques des organes de commande tacteur)

(relais, con-

ristiques des récepteurs de puissances (moteur).

 II. Appareillage électrique: II.1 Appareils d'isolement :

II.1.1 Le sectionneur: 



Fonction : séparation entre la partie amont (

sous tension ) et

la partie aval d'un circuit. Réalisation :  sectionnement du circuit A VIDE par cou pure de tous les conducteurs de phase et du conducteur de neutre s'il existe (mais PAS du conducteur de protection PE).

Un sectionneur n'étant pas prévu pour couper un circuit en charge, son pouvoir de coupure ou de fermeture est très faible. NE JAMAIS ACTIONNER UN SECTIONNEUR EN CHARGE. 11 

  

Fonctionnalités supplémentaires : le sectionnement est visible, par observation des contacts ou du levier de commande. verrouillage possible par un cadenas en position ouvert pour consignation. un ou des contact(s) auxiliaire(s) permet de couper le circuit de commande qui est associé au circuit principal d'un équipement. Par construction du sectionneur, l'ouverture de ce contact s'effectue avant l'ouverture des contacts principaux. L'ouverture du circuit de commande de l'équipement -ci n'est donc jamais ouvert en charge. Inversement, à la mise sous tension, le contact auxiliaire est fermé après la fermeture des contacts principaux.

II.1.2 Sectionneur porte-fusible:



II.1.3

Fonction :

séparation et protection

Interrupteur sectionneur: 

Fonction :

interruption, c'est-à-dire ouverture / fermeture manuelle du circuit EN CHARGE et séparation. Exemples d'application : manœuvre, arrêt d'urgence.

II.2 Appareils de protection :

Chaque installation doit être protégée contre :  

Les courts circuits. Les surcharges.

==> Ces deux défauts entraînent toujours une augmentation énorme du courant. Les appareils de protection les plus utilisés sont les fusibles, les disjoncteurs et les relais thermiques II.3 Appareils de commandes :

Ce sont les appareils qui permettent la mise en fonctionnement d'un automatisme. Il en existe deux types :  manuelles.  automatiques. II.3.1 Appareils de commande manuelle: II.3.1.1

interrupteur :  Il possède deux états stables.

II.3.1.2

Commutateur :

C’est un appareil qui permet de sélectionner  un mode de fonctionnement. II.3.1.3 Bouton poussoir :

Il possède un seul état stable. une action manuelle fait changer son état.

II.3.2 Appareils de commande automatique: II.3.2.1 12

Interrupteur de position:

Ils sont constitués de contacts qui se placent sur le parcourt des éléments mobiles de façon à être actionnés lors d'un déplacement.  Exemple: interrupteur de position de fin de course. II.3.2.2

Détecteurs de grandeurs physiques (électriques) :

A fermeture

A ouverture

Changement d'état du contact pour une valeur de courant >5A.

 II.3.2.3 le contacteur: III- le contacteur:

Fonction : Il permet de commander un appareil ou un récepteur de puissance à dis-

tance

Constitution

1. support contacts mobiles de pôle

8. socle

13

2. contact mobile de pôle « F »

9. amortisseur de choc de l’électro-aimant

3. contact mobile auxiliaire « O »

10. partie fixe de l’électro-aimant

4. boîtier de pôles et chambre de

11. bague de déphasage

coupure de l’arc

5. connexion de puissance

12. bobine d’attraction

6. contact fixe de pôle « F »

13. ressort de rappel de la partie mobile de l’électro-aimant

7. contact fixe auxiliaire « O »

14. partie mobile de l’électro -aimant fixation pour

 bloc auxiliaire 

Principe de marquage des bornes Contacts principaux

Les bornes sont repérées par un seul chiffre de 1 à 6 (tripolaire), de 1 à 8 (tétrapolaire).



Contacts auxiliaires et boutons poussoirs

Ils sont repérés par un nombre de deux chiffres. Le chiffre des unités indique la fonction du contact : 1-2, contact à ouverture ; 3-4, contact à fermeture ; 5-6, 7-8, contact à fonctionnement temporisé.

Le chiffre des dizaines indique le numéro d'ordre de chaque contact auxiliaire de l'appareil. 

Organe de commande (bobine)

On utilise A1 et A2. Ou bien

A et B

Electro-aimant (organe moteur) :

Il comprend un circuit magnétique et une bobine d’attraction, l’armature mobile entraine par translation l’ensemble des contacts. - Spire de frager : réduit les vibrations du C.M. le flux principal Ø  P  du C.M crée un courant induit dans la spire de frager -> crée un flux Ø  f  faible, le flux résultant ne s’annul pas. Et le C.M est feuilleté pour minimiser les pertes magnétiques.

- Electro-aimant à Courant continu : 14

C.M massif en fer doux -> pas de rémanence, en position fermé son circuit présente une très  grande force d’attraction ce qui autorise une réduction de la puissance dissipée dans la bobine d’où l’emploi d’une résistance « d’économie ». Exemples d’utilisation : 1. Démarrage directe d’un moteur asynchrone triphasé en un seul sens de marche.

Explications : · Une impulsion sur MARCHE enclenche KM1 qui s’autoalimente (par

son contact auxiliaire). Le moteur tourne. · Une impulsion sur ARRET provoque l’arrêt. Le moteur s’arrête.

circuit de puissance

circuit de commande

 Le circuit de commande est isolé du circuit de puissance.

2. Démarrage directe d’un moteur asynchrone triphasé en deux sens de marche.

Caractéristiques et choix des contacteurs

1- Catégories d’emploi : fixent les valeurs du courant que le contacteur doit établir ou couper 15

ils dé-

 pendent : -  De la nature du récepteur contrôlé : moteur à cage, à bague ou résistances -  Des conditions dans lesquelles s’effectuent la fermeture et l’ouverture : moteur lancé ou calé ou en cours de démarrage, freinage,.. 2-  Facteur de marche : c’est le rapport entre la durée de passage de courant et la période d’un cycle de manœuvre. t

3-  Fréquence de de manœuvre : c’est le nombre de cycle complet effectué par le contacteur pendant une

heurs. 4-  Durée de vie d’un contacteur  : c’est le nombre de cycle de manœuvre en charge que le contacteur est susceptible d’effectuer sans remplacement. 5- Choix du contacteur : lié aux variables d’entrée (nature et valeur   :tension, crt) et aux variables de sor ties (catégorie d’emploi, fréquence de manœuvre, facteur de marche).

Equipement de Protection et Régimes de neutre 16

I. Régimes de neutre : Nécessité de la liaison à la terre :

L'énergie électrique demeure dangereuse et la majorité des accidents est due aux défauts d'isolement des récepteurs. La masse des récepteurs doit donc être reliée à la terre pour assurer une tension de contact la plus faible  possible. Quelle que soit la cause de ces défauts, ils présentent des risques pour : o la vie des personnes o la conservation des biens o

la disponibilité de l’énergie électrique.

Pour la liaison à la terre, plusieurs solutions existent qui se trouvent dans la famille des Schémas de Liaison à la Terre (SLT) appelés " régimes de neutre". Tous assurent la sécurité des personnes avec chacun des avantages et des inconvénients en fonction des  besoins de l'utilisateur. Les trois régimes de neutre. SLT NEUTRE du transformateur TT TN IT

Terre Terre Isolé ou Impédant

I.1 Régime TT Caractéristiques o

Déclenchement des protections au 1 er  défaut.

o

Le neutre du transformateur d’alimentation est relié à la terre.

o

Les masses sont interconnectées et reliées à la terre.

Schéma

Rd : résistance de défaut. Rd = 0,1 Ω Rn : résistance de prise de terre. Rn =10 Ω Ru : résistance de prise de terre des masses. Ru =10 Ω Id = U /(Rd+Rn+Ru) = 230/(0,1+10+10) = 11,4 A Uc = Ru x Id = 10 x 11,4 = 114 V Tension mortelle

MASSE du récepteur

Terre Neutre Terre

17

Protection : Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection interconnectées et reliées par un conducteur de protection (PE) à une même prise de terre.

doivent être

La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : o o o o

Ru. IΔn < UL IΔn : Courant de fonctionnement du

dispositif de protection ; Ru : résistance de la prise de terre des masses ; UL : tension de contact limite : UL = 50V, 25V selon les locaux. Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel placé à l’origine de l’installation. Dans ce cas, le courant IΔn est égal au courant différentiel résiduel du disjoncteur.

I.2 Régime TN Le neutre de l’alimentation est relié à la terre et les masses sont reliées au neutre.  Tout défaut d’isolement est transformé en un défaut entre phase et neutre . Ce qui se traduit par un court-circuit phase neutre. I.2.1 Régime TNC

Le conducteur de protection et le neutre sont confondus en un seul conducteur PEN : Protection Electrique + Neutre

I.2.2 Régime TNS

Le conducteur neutre est séparé du conducteur de protection électrique PE. Utilisation de matériel tétra polaire. Dans les deux cas, la protection doit être assurée par coupure au premier défaut.

Boucle de Défaut 18

Les prises de terre du neutre et des masses sont interconnectées. En cas de défaut, un courant Id circule dans le conducteur PE ou PEN. o Court-circuit donc Id est important. o Déclenchement des protections.

Caractéristiques o

déclenchement au premier défaut.

o

répartition des prises de terre dans toute l’installation. défaut d’isolement phase/masse est transformé en défaut phase/neutre.

o

aucune élévation du potentiel des masses

o

Protection Un défaut d’isolement se traduit par un court-circuit Le courant de défaut n’est limité que par la résistance des conducteurs : Id = 0,8V / (Rph + Rpe) Il faut vérifier que les dispositifs de protection réagissent en un temps inférieur à celui imposé par la norme, soit pour un disjoncteur : I magnétique < 0,8 .V. Sph / ρ . l. (1+m) avec m = Sph / Spe Il faut pour les fusibles If < Id (courant de fusion du fusible).

I.3. Régime IT

Le neutre est isolé de la terre, ou relié à la terre par une impédance.  Les masses sont reliées à une prise de terre . Ru : R de la prise de terre. Rn : R de la terre du neutre. 

Zn : Impédance d’isolement

Boucle de défaut Premier défaut 19

Le premier défaut est inoffensif. Id est très faible. Exemple de calcul : Zn = 2200 Ω ; Rn = 10 Ω ; Ru = 10 Ω

Id = V / Z total = 220 /(2200+10+10) Id = 0,1 A Tension de défaut : Ud = Ru x Id Ud = 10 x 0,1 = 1V Tension non dangereuse .La coupure n’est pas impérative

Deuxième défaut

En cas de double défaut, il y a présence d’un fort courant de court-circuit (entre phase) et d’une tension de contact (Uc) dangereuse. Coupure automatique obligatoire.

Deux cas se présentent :  Masses séparées: protection par dispositif différentiel: Régime TT.  masses communes: protection contre les surintensités: Régime TN. Caractéristiques  Le premier défaut doit être signalé par un contrôleur permanent d’isolement (CPI); par un signal  

sonore ou visuel. La coupure est obligatoire au deuxième défaut. un personnel de surveillance doit être capable de réparer au 1er défaut.

Fonctionnement du CPI Cet appareil contrôle en permanence l’isolement du réseau. Un générateur injecte du courant continu entre le 20

réseau et la terre. a) Absence de défaut : le courant continu ne circule pas entre le réseau et la terre.  b) Présence de défaut : un faible courant est débité sur le réseau et le relais actionne les alarmes. Cet appareil signale l’apparition du 1er défaut

Application Sachant que :   



Rn : la résistance du neutre à la Terre. Ru : la résistance de la prise de Terre. Rc = 1000 Ω : la résistance corporelle. Rd : la résistance de défaut.

Caractéristique de l’installation : 230V / 400V ; régime TT ; disjoncteur 30A/ 500mA. 1/ La phase 1 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de défaut Rd =20 Ω.

a. Représenter le parcours du courant de fuite IC1.  b. Calculer la valeur de ce courant de fuite. c. Calculer la tension de contact UC1 à laquelle est soumise la personne. d. Calculer alors l’intensité IC1 qui traverse la personne. e. Le différentiel déclenche  –  t –  il ? Pourquoi ? 2/ Le défaut de la première machine est réparé. La phase 2 de la machine 2 touche la carcasse de celle-ci. La résistance de contact est de 100 Ω.

a. A quel potentiel se trouve la carcasse ?  b. Une personne touche la carcasse de cette machine ; à quel potentiel est  – elle soumise ? Calculer le courant qui la traverse IC2. c. Le différentiel déclenche-t-il ? Pourquoi ? 3/ Maintenant, les deux défauts sont présents sur chaque machine. Une personne touche d’une main la machine 1 et de l’autre la machine 2 tout en étant isolée de la Terre. Expliquer ce qui se passe (Tension entre

les deux mains, courant corporel, danger.)

21

TD : régime de neutre Exercice 1 : Dans une habitation avec locaux mouillés et une résista nce de la prise de terre de 37Ω. Quelle devra être la

sensibilité du disjoncteur différentiel à utiliser ? Exercice 2 :

Dans une habitation avec locaux mouillés, on place un disjoncteur différentiel ayant une sensibilité de 500mA. Quelle devra être la résistance de la prise de terre ? Peut-on augmenter cette résistance de terre? Exercice 3 : A l’arrivée d’une installation électrique, on observe la présence d’un disjoncteur différentiel de 650 mA. La

tension de sécurité étant de 50 V (local sec), quelle peut être la valeur maximale de la résistance de terre de cette installation ? Exercice 4 : Dans une boulangerie, la résistance de la prise de terre est de 40 Ω et le disjoncteur à l’arrivée du secteur a

une sensibilité du différentiel résiduel de 500 mA. Quelle sera la tension à laquelle seront portées les masses en cas de défaut. Exercice 5 : Une piscine utilise une pompe pour son installation de filtrage d’eau. La r ésistance de la prise de terre étant de 150Ω.

Quelle doit être la sensibilité du différentiel de protection ? Exercice 6 : A l’arrivée d’une installation électrique, on a placé un disjoncteur 320 mA (dispositif différentiel résiduel).

Donner la valeur de la résistance maximale de la prise de terre en local humide. Exercice 7 : En manipulant une « rallonge » en mauvais état dans sa cave t rès humide, une personne « touche » l’un des

conducteurs dénudés. a. y aura-t-il électrisation, électrocution, défaut de court- circuit, défaut d’écoulement à la terre ?  b. quelle serait la tension de contact ? c. quel devrait être le temps de coupure de l’appareil de protection ? d. quelles seraient les caractéristiques de l’appareil de protection qui serait nécessaire ? Exercice 8 :

Sur le schéma, les 2 prises sont protégées par un disjoncteur différentiel. Parmi les affirmations suivantes, cocher celles qui sont correctes. o Un disjoncteur coupe le courant en cas de court-circuit o Le disjoncteur différentiel nécessite une installation triphasée. o Le disjoncteur différentiel détecte les courants de fuite. o Le disjoncteur différentiel coupe le courant s'il détecte un courant de fuite de plus de 30 mA. Un disjoncteur 40 A coupe le courant s'il est traversé par un courant de plus de 40 A. o

Chapitre IV Canalisations et calculs des câbles 22

I.LES CONDUCTEURS ET CABLES Les conducteurs et les câbles assurent la transmission de l'énergie électrique et sa distribution. Il en existe une très grande variété pour satisfaire à toutes les utilisations de l'électricité. I.1. Définitions : On distingue trois termes : • Le conducteur isolé: qui est un ensemble formé par une âme conductrice entourée d'une enveloppe

isolante.

• Le câble unipolaire: c'est un conducteur isolé qui comporte, en plus, une ou plusieurs gaines de protection.

• Le câble multiconducteurs: c'est un ensemble de co nducteurs distincts, mais comportant une ou plusieurs

gaines de protection commune.

I.2.Caractéristiques : I.2.1 Caractéristiques électriques a. Parties conductrices :

Elles concernent l'âme du conducteur ou du câble. Cette âme doit être très bonne conductrice de l'électricité  pour limiter au maximum les pertes par effet Joule lors du transport de l'énergie, d'où l'utilisation du cuivre ou de l'aluminium qui ont une résistivité très faible. Résistivité du cuivre : ρ = 17,24 Ω. mm²/ km à 20 °C Résistivité de l'aluminium : ρ = 28,26Ω. mm²/ km à 20 °C

Résistance d'un conducteur :

23

l : longueur du conducteur en km S : section du conducteur en mm² ρ: résistivité du conducteur en. mm²/ km b. Parties isolantes :

Elles doivent avoir une résistivité très grande (isolant), on emploie : o Le PVC (polychlorure de vinyle) ou le polyéthylène o Le caoutchouc butyle vulcanisé (PRC) Les isolants utilisés sont caractérisés par leur tension nominale d'isolement. La tension nominale du câble doit être au moins égale à la tension nominale de l'installation. En basse tension on distingue différentes tensions nominales de câbles : 250V, 500V, 750V ou 1000V. I.2.1 Caractéristiques mécaniques a)- Ame :

Elle est caractérisée par sa section (jusqu'à 300 mm²), et par sa structure qui peut être massive (rigide) ou câblée (souple). Les âmes câblées sont formées de plusieurs brins torsadés. La souplesse d'un câble dépend du nombre de brins utilisé pour une même section. Elle se répartit en 6 classes : o Classe 1 : rigide : 7 brins o Classe 2 : souple : 19 brins o Classe 6 : très souple : 702 brins b)- Enveloppe ou Gaine isolante  :

Les caractéristiques mécaniques de l'enveloppe isolante ne sont pas toujours suffisantes pour protéger le câble des influences externes. On est conduit à recouvrir l'enveloppe isolante par une gaine de protection qui doit présenter des caractéristiques :  Mécaniques (résistance à la traction, à la torsion, la flexion et aux chocs) ;  Physiques (résistance à la chaleur, au froid, à l'humidité, au feu) ;  Chimiques (résistance à la corrosion au vieillissement). On emploie des enveloppes en matériaux synthétiques (PVC) ou métalliques (feuillard d'acier, d'aluminium ou plomb). La température maximale de fonctionnement pour les isolants est donnée par la norme NF C 15-100 :  Polychlorure de vinyle : 70 °C  Polyéthylène réticulé : 90 °C II)- Identification et repérage :

On peut identifier les conducteurs par leur couleur :  Bleu clair pour le conducteur neutre  Vert / Jaune pour le conducteur de protection électrique  Les conducteurs de phase peuvent être repérés par n'importe quelle couleur sauf Vert/Jaune, Vert, Jaune, Bleu clair Remarque :

L'identification des conducteurs par leur couleur ne doit être considérée que comme une présomption. Il est toujours nécessaire de vérifier la polarité des conducteurs avant toute intervention. La couleur bleu clair peut être utilisée pour un conducteur de phase si le neutre n'est pas

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III. La dénomination des conducteurs et des câbles électriques III. 1 Norme UTE Code de normalisation U (UTE)

Tension de service Ame conductrice

Isolant

Bourrage

Gaine interne

Armature métallique Gaine externe

250 : 250 V ; 500 : 500 V ; 1000 : 1000 V Pas de code : (cuivre rigide) ; A : aluminium S : souple X : caoutchouc vulcanisé X : néoprène (PCP) R : polyéthylène réticulé (PR) V : (PVC) P : plomb 2 : gaine interne épaisse G : matière plastique ou élastique formant bourrage O : aucun bourrage I : gaine d'assemblage formant bourrage X : caoutchouc vulcanisé X : néoprène (PCP) R : polyéthylène réticulé (PR) V : (PVC) P : plomb 2 : gaine interne épaisse F : feuillard X : caoutchouc vulcanisé X : néoprène (PCP) R : polyéthylène réticulé (PR) V : (PVC) P : plomb 2 : gaine interne épaisse

III.2. Norme CENELEC

Code de normalisation Tension de service Mélange isolant

H : harmonisé A : dérivé d'un type harmonisé FNR : national mais avec une désignation internationale 03 : 300 V ; 05 : 500 V ; 07 : 750 V ; 1 : 1000 V B : caoutchouc d'éthylène propylène (EPR) X : polyéthylène réticulé (PR) R : caoutchouc naturel

N : polychloroprène Néoprène (PCP)

V : polychlorure de vinyle (PVC)

Mélange gaine

B : caoutchouc d'éthylène propylène (EPR)

X : polyéthylène réticulé (PR)

R : caoutchouc naturel

N : polychloroprène Néoprène (PCP)

V : polychlorure de vinyle (PVC)

Construction spéciale  Nature de l'âme Symbole de l'âme

Composition du

U : rigide massive F : souple classe 5 H : extra souple classe 6 H2 : méplat non divisible

R : rigide câblé K : souple classique H : méplat divisible

Pas de code : cuivre U : rigide massive F : souple classe 5 H : extra souple classe 6 H2 : méplat non divisible : nb de conducteurs

A : aluminium R : rigide câblée K : souple classique H : méplat divisible G : présence de conducteur V/J

câble 25

X : absence de conducteur V/J

EXEMPLE Classification des câbles électriques Référence Nombre de conducteurs et sections

Ampérage/ Puissance

2 x 1,5 mm² / 3 G x 10 A 1,5 mm² U-1000-R02V

3 G x 1,5 mm² / 4 20 A G x 2,5 mm² 2 x 1,5 mm² / 3 G x 10 A 1,5 mm² 1,5 mm² unifilaire

10 A

2,5 mm² unifilaire

20 A

6 mm²

32 A

10 mm²

47A

16 mm²

64 A

H 07 VU

H 07 VU

: section des conducteurs

Pose

Pose sous gaine ou en apparent Fixation : par collier ou cavalier Pose sous gaine ou en Apparent  A encastrer sous gaine ICO ou ICT, ou en apparent sous tube IRL, plinthe ou moulure plastique A encastrer sous gaine ICO ou ICT, ou en apparent sous tube IRL, plinthe ou moulure plastique

Utilisation

10 A : circuit Eclairage 16 A : circuit prise 20 A et 32 A : circuit appareil de cuisson

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Chapitre V : Normalisation des installations électriques et étude de cas de dimensionnement des éléments d'une installation industrielle. Pour la réalisation des installations/branchements électriques il faut avoir un schéma électrique qui doit représenter par l’intermédiaire des symboles faciles à reconnaître par tous les intéresses, les connexions à faire et les broches à connecter de toutes les composantes utilisées. C’est pour cela qu’on a été imposé par

des normes internationales, les modalités de représentation des différents éléments utilisés dans les installations électriques. Comme ça, un schéma une fois conçu, peut être interprété, modifié, et réalisée par un autre personne/collectif sans être nécessaire d’avoir des explications supplémentaires. Voici les  principaux symboles utilisés :

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