INSTALLATIONS ELECTRIQUES
Short Description
ce document traite les installations domestiques et industrielles pour des etudiants de maintenance au niveau des ISETs ...
Description
PREFACE
Ce support de cours est une contribution pour permettre à l’étudiant, du second niveau Maintenance Industrielle dans les Instituts Supérieurs des Etudes Technologiques, d’étudier ou d’exécuter
des
installations
domestiques
ou
industrielles
en
respectant les normes en vigueur. La dernière partie du cours traite la sécurité des installations et des personnes. Nous tenons à préciser que ce document a un caractère provisoire et que nous somme heureux de le parfaire en tenant compte des remarques des collègues et des utilisateurs.
Sommaire CHI : GENERALITES SUR LES SCHEMAS ELECTRIQUES.................................... 1 1
Organisation d’une installation électrique :...................................................................................... 1
2
Schéma électrique : .............................................................................................................................. 1 2.1
Définition : ................................................................................................................................... 1
2.2
Classification : .............................................................................................................................. 1
3
Les normes électriques :...................................................................................................................... 2
4
Règles générales pour l’établissement d’un schéma :...................................................................... 2
CHII : INSTALLATIONS DOMESTIQUES..................................................................... 6 1
Introduction : ....................................................................................................................................... 6
2
symboles des équipements électriques : ........................................................................................... 6
3
Le Schéma d’une installation électrique à usage d’habitation : ..................................................... 6
4
3.1
Schéma général de distribution : ............................................................................................... 6
3.2
Les schémas d’éclairage : ............................................................................................................ 7
3.2.1
Le montage simple allumage : ........................................................................................... 7
3.2.2
Le montage double allumage avec interrupteur bipolaire :........................................... 8
3.2.3
Le montage double allumage avec commutateur ( 2 directions + arrêt ) :................. 9
3.2.4
Le montage d’allumage « va et vient » avec deux commutateurs n°6 : ..................... 10
3.2.5
Le montage d’allumage avec télérupteur : ..................................................................... 11
3.2.6
Le montage d’allumage avec minuterie :........................................................................ 13
3.2.7
Le montage avec tube fluorescent.................................................................................. 15
Règles des installations domestiques : ............................................................................................ 16 4.1
protection des personnes : ....................................................................................................... 16
4.1.1
utilisation des couleurs : ................................................................................................... 16
4.1.2
Utilisation des équipement protégés : ............................................................................ 17
4.1.3
Utilisation d’un DDR : ..................................................................................................... 17
4.1.4
Utilisation d’un transformateur d’isolement : ............................................................... 17
4.2
Protection contre l’incendie :................................................................................................... 17
4.3
Répartition :................................................................................................................................ 18
CH III : APPAREILLAGE DE COMMANDE ET DE PROTECTION........................ 20 1
Équipement de répartition : ............................................................................................................. 20 1.1
tableau :....................................................................................................................................... 20
1.2
Armoire :..................................................................................................................................... 20
1.3
Coffret :....................................................................................................................................... 20 i
1.4 2
Appareillage de protection : ............................................................................................................. 20 2.1
Pouvoir de coupure : ........................................................................................................ 20
2.1.2
Pouvoir de limitation :...................................................................................................... 21
2.1.3
Courant conventionnel : .................................................................................................. 21
2.1.4
caractéristique temps-courant : ....................................................................................... 21 Composition : .................................................................................................................... 22
2.2.2
Choix des caractéristiques :.............................................................................................. 22
2.2.3
Courbes de déclenchement ( NF 61-410): .................................................................... 22
2.2.4
Polarité et symboles :........................................................................................................ 23
Disjoncteur différentiel : .......................................................................................................... 23
2.3.1
Position du problème: ...................................................................................................... 23
2.3.2
Principe :............................................................................................................................. 24
2.3.3
Fonctionnement :.............................................................................................................. 24
2.3.4
Sensibilité : ......................................................................................................................... 24
2.3.5
Choix d’un disjoncteur différentiel :............................................................................... 24
2.4
5
Disjoncteur magnétothermique : ............................................................................................ 22
2.2.1
2.3
4
Fusibles : ..................................................................................................................................... 20
2.1.1
2.2
3
Cellule : ....................................................................................................................................... 20
Relais thermique : ...................................................................................................................... 25
2.4.1
Principe de fonctionnement :.......................................................................................... 25
2.4.2
Courbe de déclenchement : ............................................................................................. 25
La sélectivité des appareils de protections : ................................................................................... 25 3.1
Niveau de sélectivité : ............................................................................................................... 25
3.2
types de sélectivité :................................................................................................................... 25
3.3
Dispositif différentiel résiduel DDR : .................................................................................... 26
Appareillage de commande :........................................................................................................... 27 4.1
Contacteur :................................................................................................................................ 27
4.2
Sectionneur :............................................................................................................................... 27
Conclusion :........................................................................................................................................ 27
CH IV : LES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES...................................................... 28 1
Introductuion : ................................................................................................................................... 28
2
Démarrage direct : ............................................................................................................................. 29 2.1
Principe :..................................................................................................................................... 29
2.1.1
Démarrage manuel :.......................................................................................................... 29
2.1.2
Démarrage semi-automatique, un sens de marche : .................................................... 30 ii
2.1.3
3
2.2
Avantages : ................................................................................................................................. 31
2.3
Inconvénients : .......................................................................................................................... 31
démarrage étoile - triangle ( y- ). ................................................................................................... 31 3.1
Principe :..................................................................................................................................... 31
3.2
Démarrage semi-automatique, un sens de marche :............................................................. 32
3.2.1
Circuit de puissance :........................................................................................................ 32
3.2.2
Circuit de commande : ..................................................................................................... 33
3.3
4
Démarrage semi-automatique, deux sens de marche :......................................................... 34
3.3.1
Circuit de puissance :........................................................................................................ 34
3.3.2
Circuit de Commande : .................................................................................................... 34
3.4
Avantages : ................................................................................................................................. 35
3.5
Inconvénients : .......................................................................................................................... 35
3.6
Application :............................................................................................................................... 35
démarrage à resistances statoriques................................................................................................. 35 4.1
Principe :..................................................................................................................................... 35
4.2
Démarrage semi-automatique, un sens de marche :............................................................. 35
4.2.1
Circuit de puissance :........................................................................................................ 35
4.2.2
Circuit de commande : ..................................................................................................... 36
4.3
5
Démarrage semi-automatique, deux sens de marche : ................................................ 31
Démarrage semi-automatique, deux sens de marche :......................................................... 36
4.3.1
Circuit de puissance :........................................................................................................ 36
4.3.2
Circuit de commande : ..................................................................................................... 37
4.4
Avantages : ................................................................................................................................. 37
4.5
Inconvénients : .......................................................................................................................... 38
4.6
Emploi : ...................................................................................................................................... 38
démarrage à resistances rotoriques.................................................................................................. 38 5.1
Principe :..................................................................................................................................... 38
5.1.1
Circuit de puissance :........................................................................................................ 38
5.1.2
Circuit de commande : ..................................................................................................... 39
5.2
Avantages : ................................................................................................................................. 39
5.3
Inconvénients : .......................................................................................................................... 39
CH V : REGIMES DU NEUTRE ..................................................................................... 40 1
Schémas de liaison à la terre (SLT) : ............................................................................................... 40 1.1
Évolution du besoin : ............................................................................................................... 40
1.2
Défauts d’isolement : ................................................................................................................ 40 iii
1.3
Risques associés aux défauts :.................................................................................................. 40
1.3.1
Risque d’électrisation des personnes :............................................................................ 41
1.3.2
Risque d’incendie: ............................................................................................................. 42
1.3.3
Risque de non disponibilité de l’énergie : ...................................................................... 42
2
Régime TT :........................................................................................................................................ 42
3
Régime IT : ......................................................................................................................................... 42
4
Régime TN : ....................................................................................................................................... 43
iv
1
CHI : GENERALITES SUR LES SCHEMAS ELECTRIQUES.
1
Organisation d’une installation électrique : Signalisation Source de puissance
Dispositif de protection
Récepteurs
Dispositif de commande
Fig 1 : Organisation générale d’une installation électrique. La source de puissance peut être alternative ou continue. On distingue comme dispositif de protection, le fusible, le disjoncteur, le relais… L’appareillage de commande comprend le contacteur, le relais, commutateur,… La signalisation peut être lumineuse, sonore,… La liaison entre ces parties se fait par l’intermédiaire des conducteurs. Le schéma électrique permet une représentation symbolique de ces équipements et les conducteurs qui les relient.
2
Schéma électrique :
2.1 Définition : Le schéma d’électricité est une représentation symbolique et conventionnelle des installations électriques. Il représente les différentes liaisons entre les éléments d’une installation, d’un appareil ou d’un ensemble d’appareils. Il comporte : Des symboles : qui représentent des éléments d’installation, des machines, des appareils, des organes de machine ou d’appareil. Des traits qui représentent des connexions électriques, des liaisons mécaniques ou des conditions d’interdépendance entre différentes parties. Ces traits peuvent également indiquer le groupement de certains éléments. Des repères qui permettent l’identification des installations, des machines, des appareils, de leurs organes, de leurs bornes et des conducteurs aboutissant.
2.2 Classification : Les schémas électriques peuvent être classés selon le but envisagé (Schéma explicatifs, de connexion, de disposition, les diagrammes,…) ou selon le mode de représentation (schéma architectural, développé, assemblé, multifilaire, unifilaire…). Notre étude sera axée sur le mode de représentation sans pour autant abandonner les autres. Cours électricité générale- MI2
CH I Généralités sur le schéma électrique
2
3
Les normes électriques :
Une norme englobe les règles techniques permettant de standardiser les appareil et d’uniformiser leur représentation. Les organismes officiels chargés d’établir des normes sont : - CEI : commission électrotechnique internationale (1906), œuvre au niveau mondial. - CENELEC : Comité européen de normalisation électrotechnique (1973), œuvre au niveau européen. - INNORPI : Institut national de normalisation et de la propriété industrielle, au niveau de la Tunisie. - CEF : comité électrotechnique français (1907) et UTE : union technique de l’électricité (1947), au niveau de la France.
4
Règles générales pour l’établissement d’un schéma :
1 - Tous les appareils de coupure, leurs contacts doivent se déplacer de G à D ou de bas vers le haut. Exemple : ou 2 - La borne fixe d’un appareil est toujours liée au potentiel le plus élevé. 3 - Le schéma doit être représenté en état d’arrêt (tous les appareils au repos). 4 - Le repérage des symboles est représenté par deux lettres et un chiffre.
Exemple : Famille
Numéro
Fonction
1.1 K2 M Repère E F G H K M Q S T W
Famille Matériel divers : éclairage, chauffage… Dispositif de protection : fusible, relais, générateurs Dispositif de signalisation : Avertisseurs lumineux, sonore… Relais et contacteurs Moteurs Appareil mécaniques de connexion de puissance : disjoncteur, sectionneur, interrupteur, commutateur,… Appareil mécaniques de connexion pour circuit de conduite : Bouton poussoir, fin de course,… Transformateurs Voie de transmission : câble, jeu de barres,… Quelques repères de familles des appareils.
Cours électricité générale- MI2
CH I Généralités sur le schéma électrique
3 Repère A F H M T
Fonction Auxiliaire Protection Signalisation Principal Temporisation
Quelques repères de fonctions des appareils. 5 - Le marquage des bornes d’un appareil : L’identification des bornes permet de fournir des informations sur la fonction réelle de l’élément. Les bornes d’entrée sont affectées d’un chiffre impair et celles de sortie sont affectées d’un chiffre pair dans les cas suivants : # Appareil de protection d’un circuit principal : 1
Exemples :
3
5
F1
1
3
5
2
4
6
F2 2
4
6
Cartouche fusibles
Relais thermique
# Appareil de coupure d’un circuit principal : 1
3 5
1
Exemples : KM 2 4
6
2
Contacteur principal
Interrupteur principal
# Appareil récepteur d’un circuit principal :
Exemples :
1
3
5
1
2
4
6
2
Plan de résistances u1
v1
w1
M1
u
v
w
z
x
y
ou w2
Cours électricité générale- MI2
Résistance
u2
v2
CH I Généralités sur le schéma électrique
4 Le marquage des bornes est parfois composé : # Appareil de protection d’un circuit auxiliaire : Les bornes d’entrée sont affectées d’un chiffre impair et celles de sortie sont affectées d’un chiffre pair. Un numéro d’ordre est ajouté si nécessaire. 11
Exemples :
21
1
31 F2
F1 12
22
2
32
Cartouche fusibles # Appareil de commande d’un circuit auxiliaire : Les bornes d’entrée sont affectées d’un numéro d’ordre et d’un chiffre qui dépend de la fonction de l’élément et de la borne considérée.
Exemples : a – contact à ouverture :
11
21 31
11
21 31
1 pour l’entrée et 2 pour la sortie. 12 22 b – contact à fermeture :
13
32
12 22
23 33
13
32
23 33
3 pour l’entrée et 4 pour la sortie. 14 24 c – contact bi-directionnel :
34
11
14 24
21
34
31
1 pour la borne commune, 2 pour le contact repos et 4 pour le contact travail.
12 14
Cours électricité générale- MI2
22
24
32 34
CH I Généralités sur le schéma électrique
5 d – contact à fonction spéciale : - contact à ouverture :
15
15
25 35
16
16 26
17
17
18
18 28
Entrée 5 Sortie 6 - contact à ouverture : Entrée 7 Sortie 8
36
27 37
38
# Appareil récepteur d’un circuit auxiliaire : - cas d’une bobine : A1
A1
B1
A2
A2
B2
A1
B1
A2
- cas d’un récepteur : 11
21
31
1
12
22
32
2
Plan de résistances
Cours électricité générale- MI2
Résistance
CH I Généralités sur le schéma électrique
6
CHII : INSTALLATIONS DOMESTIQUES 1
Introduction :
Les installations domestiques sont conformes à la norme française NFC15 100, qui impose des sections pour les conducteurs selon le courant supporté (à partir de la puissance consommée) ainsi que les calibres des appareils de protection. Un conducteur de terre est nécessaire pour chaque installation électrique pour assurer une protection au local. Les installations électriques dans les locaux à caractère domestique sont généralement des montages d’éclairage, des alimentations des prises de courant et des alimentations des éléments chauffants. Les symboles qu’on utilisera, sont tirés de la norme NFC03202….NFC03211.
2
symboles des équipements électriques : ( voir annexe )
3
Le Schéma d’une installation électrique à usage d’habitation :
3.1 Schéma général de distribution : Toute installation électrique fait l’objet d’un schéma qui indique : Le type de conducteur Le nombre de conducteurs par circuits La section des conducteurs Le type de dispositif de protection des circuits La valeur nominale ou de réglage de la protection Tableau donnant la valeur des protections à installer en fonction de la section des conducteurs :
Cas d’un fusible :
Section des conducteurs ( mm 2 ) Calibre du fusible (A)
1,5 10
2,5 16
4 25
6 32
4 32
6 40
Remarque : Les fusibles sont toujours installés sur les phases.
Cas d’un disjoncteur divisionnaire :
Section des conducteurs ( mm 2 ) Courant nominal du disjoncteur (A)
Cours électricité générale- MI2
1,5 16
2,5 25
CH II Installations Domestiques
7 Exemple : Schéma unifilaire d’une distribution générale d’une installation domestique
F1 KWh
P1
Q1 6 ou 10 mm
2
10 A
1,5 mm 2
10 A
1,5 mm
2
16 A
2,5 mm 2
16 A
2,5 mm 2
16 A
2,5 mm 2 2,5 mm 2
16 A
4 mm 2
Éclairage chambre Éclairage séjour et cuisine Prises de courant chambres Prises de courant séjour et cuisine Lave linge Chauffe eau Liaison équipotentielle salle de bain, Cuisine etc…
Légende : F1 : fusible de protection P1 : compteur actif monophasé Q1 : disjoncteur monophasé
3.2
Les schémas d’éclairage :
3.2.1 Le montage simple allumage : On veut commander une ou plusieurs lampes d’éclairage d’un seul endroit. Les lampes sont éteintes si l’interrupteur est ouvert et sont allumées s’il est fermé. On prend comme exemple la commande de deux lampes. Le schéma développé du montage est le suivant :
Légende : F1 : fusible de protection Q1 : interrupteur unipolaire n°1 E1,E2 : lampe à incandescence.
L1 F1
E1
N
Q1
E2
Remarque : Dans les schémas : architectural, multifilaire et unifilaire, pour les installations domestiques, on ne représente pas la protection ( car elle est sur le tableau de répartition des circuits).
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
8 Schéma architectural : E2 E1
Q1
Schéma multifilaire : E2
E1
Q1
Schéma unifilaire :
E2
E1
Q
3.2.2 Le montage double allumage avec interrupteur bipolaire : On veut commander deux circuits d’éclairage d’un seul endroit. Soit le schéma développé du circuit suivant :
Légende :
L1 F1
N Q1
F1 : fusible de protection Q1 : interrupteur bipolaire E1,E2, E3 : lampes à incandescence. Fonctionnement :
E2 E3
Contact ‘1’ de Q1 Ouvert Fermé
E1 Éteinte Allumée
Contact’2’ de Q1 Ouvert Fermé
E2, E3 Éteintes Allumées
Cours électricité générale- MI2
E1
CH II Installations Domestiques
9
Le schéma architectural : E
E
Q
E
Schéma multifilaire : E
E E
Q
Schéma unifilaire : E E E
Q
3.2.3 Le montage double allumage avec commutateur ( 2 directions + arrêt ) : Ce montage permet de commander d’un seul endroit un circuit parmi deux. Prenons l’exemple d’un local comprenant deux lampes chacune dans un circuit d’éclairage différent. Le schéma développé :
Légende :
N
L1 F1 Q1
F1 : fusible de protection Q1 : commutateur E1,E2 : lampes à incandescence.
Cours électricité générale- MI2
E1 E E2
CH II Installations Domestiques
10 Fonctionnement : Lorsque le commutateur est à la position 1, la lampe E1 est allumée et E2 est éteinte ; si le commutateur est à la position 2 c’est la lampe E1 qui est éteinte et E2 est allumée. Le schéma architectural :
E2
E1 Q1
3.2.4 Le montage d’allumage « va et vient » avec deux commutateurs n°6 : Ce montage permet de commander un circuit d’éclairage de deux endroits différents. Soit l’exemple du schéma ci-dessous. Le schéma développé : L1 F 1
Légende :
N Q2
Q1
F1 : fusible de protection Q1 et Q2 : commutateur va et vient E1,E2 : Lampes à incandescence.
E1 E2E
Fonctionnement : Si les deux commutateurs sont sur les mêmes positions (1-1 ou 2-2 ) alors les lampes sont allumées ; si non c’est-à-dire ils sont sur des positions différentes (1-2 ou 2-1 ) alors les deux lampes sont éteintes. Le schéma architectural : Q2 Q1 E2
Cours électricité générale- MI2
E1
CH II Installations Domestiques
11
3.2.5
Le montage d’allumage avec télérupteur :
Ce montage permet de commander un circuit d’éclairage de plusieurs endroits différents. Électriquement, un télérupteur électromécanique est constitué d’une bobine et d’un contact à accrochage mécanique. Lorsque la bobine est alimentée (par action sur un bouton poussoir) le contact se ferme. Au relâchement du bouton poussoir, la bobine se désexcite mais le contact reste fermé. Il faudra exciter une deuxième fois la bobine pour que le contact s’ouvre. La bobine est commandée par les boutons poussoirs et les lampes d’éclairage par le contact du tétérupteur. Considérons l’exemple suivant : La commande de deux lampes de quatre endroits différents. Légende : F1 : fusible de protection S1, S2, S3 et S4 : boutons poussoir K : télérupteur E1, E2 : lampes d’éclairage
Schéma développé :
L1
N S1
F1
K
S2 S3
E1
S4
K1
E2
Diagramme de séquence
Si 0 K 0 K1 0
t t t
E1, E2 0 t
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
12 Le schéma architectural :
S2
S1
S3
E2
E1
K
S4
Schéma multifilaire :
S2
S1 E1
E2
S3
S4
K
Schéma unifilaire :
S1
S2
E1
S3 E2
K
Cours électricité générale- MI2
S4
CH II Installations Domestiques
13 3.2.6 Le montage d’allumage avec minuterie : Ce montage permet de commander un circuit d’éclairage de plusieurs endroits différents. La mise en service est manuelle et la mise hors service est automatique. Électriquement, une minuterie électromécanique est constituée d’une bobine et d’un contact temporisé et à accrochage mécanique. Lorsque la bobine est alimentée (par action sur un bouton poussoir) le contact se ferme. Au relâchement du bouton poussoir, la bobine se désexcite mais le contact reste fermé pendant un certain temps après lequel il s’ouvre. La bobine est commandée par les boutons poussoirs et les lampes d’éclairage sont commandées par le contact temporisé de la minuterie. Considérons l’exemple de la commande de deux lampes de trois endroits différents. Deux montages sont possibles :
Montage ‘avec effet’
Schéma développé : L1
S1
F1
N
K S2 S3
E1
K1 E2 2 mn Légende : F1 : fusible de protection S1, S2 et S3 : boutons poussoir K : minuterie 2 minutes E1, E2 : lampes d’éclairage
Diagramme de séquence
Si o K o K1
t t
o E1, E2
t
t
o
t
t
t t
Exercice : Faire les schémas multifilaire et unifilaire sachant que le branchement, d’une minuterie ’’avec effet’’, est le même que celui d’un montage avec télérupteur.
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
14 Montage ‘sans effet’
Schéma développé : L1
S1
F1
E1
K
N
S2 E2
S3 K1 2 mn Légende : F1 : fusible de protection S1, S2 et S3 : boutons poussoir K : minuterie 2 minutes E1, E2 : lampes d’éclairage
Diagramme de séquence :
Si o K
t
o K1
t
o E1, E2
t
t
t
o
t
t
t
Schéma architectural :
t S1 E1
E2
S2
S3
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
15
Schéma multifilaire :
S1
K 2 mn S2
E2 E1
S3
Schéma unifilaire :
S1 t K E1
S2
E2 S3
3.2.7 Le montage avec tube fluorescent - Principe du tube fluorescent : c’est un tube de verre recouvert de poudre fluorescente et remplis de gaz rares + quelques gouttes de mercure. La ddp aux bornes du tube provoque l’ionisation du gaz qui devient conducteur. Les électrons frappent le mercure qui émet une radiation ultraviolette . cette dernière se transforme en lumière visible en contact avec la poudre. - Le starter : C’est un tube rempli de gaz neutre, dans lequel est installée un contact bilame. Lors de l’établissement de la tension un arc électrique se produit et échauffe la bilame qui ferme le contact et permet de passer le courant dans le tube. Une fois refroidie, elle s’ouvre et coupe le courant. - Le ballast : C’est une inductance en série jouant un double rôle : amorçage et protection. La coupure du courant par le starter crée une surtension aux bornes du ballast qui vient s’ajouter à la tension du réseau permettant l’amorçage. Son caractère inductif s’oppose à la variation rapide du courant. - Le condensateur : Il permet d’améliorer le facteur de puissance du tube.
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
16 montage compensé :
V1 N
L1 F1
E1 Q1
L1 C1
montage Duo : V1 N L1 F1
E1 Q1
L1
L2
E2
C1
V2 Ce montage permet grâce au déphasage entre les courants dans les deux tubes un meilleur confort et se comporte comme un tube compensé alimenté à 100Hz.
4
Règles des installations domestiques :
Une installation domestique doit tenir compte de la méconnaissance des risques électriques par le simple utilisateur. Pour cela elle prévient principalement l’électrocution et l’incendie. La division des circuit de l’installation permet de limiter la propagation des défauts et assurer un fonctionnement partiel.
4.1 protection des personnes : 4.1.1 utilisation des couleurs : un conducteur sous tension ne doit jamais être touché quelle que soit sa couleur. En vue de faciliter les tâches de maintenance, une installation électrique doit respecter l’utilisation des couleurs pour les câbles et les conducteurs comme suit : - Conducteurs : on utilise le bleu clair pour le neutre, le vert-jaune pour le conducteur de protection, et toute autre couleur sauf ceux susmentionnés pour la phase. - Câbles : même chose que précédemment pour le neutre et le conducteur de protection. La phase est soit noir soit marron.
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
17 4.1.2 Utilisation des équipement protégés : Les équipements susceptibles de fonctionner à proximité des jets d’eau ( salle d’eau ) sont marqués avec des symboles relativement à leurs indices de protection liés à l’étanchéité. IP X0
Pas de protection
IP X1
Protégé contre les chutes verticales des gouttes d’eau
IP X2
Protégé contre les chutes verticales des gouttes d’eau jusqu’à 15° de la verticale
IP X3
Protégé contre l’eau de pluie jusqu’à 60° de la verticale
IP X4
Protégé contre les projections d’eau de toutes directions
IP X5
Protégé contre les jets d’eau de toutes directions à la lance
IP X6
Protégé contre les projections d’eau assimilables aux paquet de mer
IP X7
Protégé contre les effets de l’immersion
IP X8
Protégé contre les effets de l’immersion prolongée
ou
4.1.3 Utilisation d’un DDR : Pour la protection des personnes il est indispensable d’utiliser un dispositif différentiel résiduel de haute sensibilité ( DDRHS 30mA ). 4.1.4 Utilisation d’un transformateur d’isolement : Dans la salle d’eau ou la cuisine il est recommandé d’utiliser les transformateurs d’isolement pour les prises pour éviter les court circuits à la source.
4.2 Protection contre l’incendie :
Utilisation des isolants non inflammables pour éviter la propagation du feu. Utilisation des dispositifs de détection d’incendie et d’alarme. Utilisation des appareils de protection adéquats pour éviter l’échauffement excessif des câbles ( voir tableau 1 ).
Fonction des circuits ( Ph + N + PE ) de même section Eclairage et prise commandée par interrupteur Prise de courant ( 10/16A ) Lave linge / Lave vaisselle Cuisinière électrique Four électrique Cours électricité générale- MI2
Nombre de Section Calibre Calibre points cuivre fusible Disj autorisés ( mm2 ) ( A ) ( A ) par circuit : NFC 15-100 1.5 10 16 8 2.5 16 25 8 2.5 16 25 1 6 32 40 1 2.5 16 25 1 CH II Installations Domestiques
18 Chauffe eau Ventilation Mécanique Contrôlée Chauffage suivant la puissance : - p 2.3kw : - 2.3kw P 4.6kw - 4.6kw P 5.75kw - 5.75kw P 7.36kw
2.5 1.5
16 10
25 16
1.5 2.5 4 6
10 16 25 32
16 25 32 40
1 1
5
Tableau 1: section des conducteurs et calibres des protections ( NF C15-100 ) La différence des calibres entre le fusible et le disjoncteur pour la même section sont dues au fait que le courant conventionnel de non fusion pour un fusible peut atteindre 1.5 In pendant 1h alors que le réglage thermique pour le disjoncteur est au plus égal à In.
4.3 Répartition : Pour éviter leur dépendance, il est conseillé de répartir les récepteurs sur des circuits indépendants suivant leurs emplacements ou leurs types. Le tableau de répartition est monté en saillie ou en encastré à une hauteur minimale de 1m, il contient les dispositifs différentiels, et les disjoncteurs divisionnaires ou sectionneurs fusibles ( départs ). Chaque départ alimente un ou plusieurs récepteurs. Le tableau contient aussi une barrette de répartition qui facilite la connexion des départs aux récepteurs et la maintenance du tableau ainsi qu’une barrette de terre. Le disjoncteur de branchement est souvent magnétothermique non différentiel livré par la STEG et disposé à proximité du compteur. Pour cela il est vivement conseillé de fournir un ou plusieurs DDRs.
Exemple : Disjoncteur de branchement différentiel sélectif 500mA
DDR 30mA 25A
25A
25A
25A
2.5 mm2
25A
DDR 30mA 16A
16A 16A 1.5 mm2
25A
25A 2.5 mm2
32A
16A
6mm2
16A
Disj div
1.5 mm2
S.D.B
Cours électricité générale- MI2
CH II Installations Domestiques
19 Légende :
*
Chauffage électrique
Chauffage électrique à accumulation
Cuisinière électrique
Four électrique
Four à micro-ondes
Plaque chauffante
Chauffe-eau à accumulation
Lave-vaisselle
Réfrigérateur
Sèche-mains
Eclairage
*
Climatiseur
***
Congélateur Lave-linge
2
App. électroménager non défini
Dans le cas où le disjoncteur de branchement est à proximité du compteur, la chute de tension entre ce dernier et le tableau de répartition ne doit pas dépasser 2%. Cette chute de tension dépend de la section du conducteur, de sa longueur et du courant qui y circule.
I(A) 15 30 45 60 90
10 68 34 23 -
Cours électricité générale- MI2
16 109 55 36 27 -
section cuivre en mm2 25 35 50 170 239 341 85 119 170 57 80 114 43 60 85 28 40 57
70 477 239 159 119 80
95 647 324 216 162 108
120 818 409 273 204 136
CH II Installations Domestiques
20
CH III : APPAREILLAGE DE COMMANDE ET DE PROTECTION 1
Équipement de répartition :
1.1 tableau : Châssis métallique supportant les appareils et leur connexions. Il distribue l’énergie électrique depuis l’arrivée STEG. ( TGBT : industrie ; tableau de répartition : habitation). Il contient le disjoncteur général et les départs principaux vers d’autres armoires ou coffrets.
1.2 Armoire : Enveloppe enfermant l’ensemble de l’appareillage, destinée à être fixée au mur ou sur le sol.
1.3 Coffret : Enveloppe destinée à être fixée sur les murs ou sur des ferrures verticales.
1.4 Cellule : Dans le cas des installations importantes, les équipements sont parfois séparés par des cloisons. Chaque cellule correspond à une fonction particulière : cellule de commande, de protection, de comptage…
2
Appareillage de protection :
2.1 Fusibles : La partie active du fusible est un fil d'alliage spécial qui, placé dans un circuit électrique, coupe le courant en fondant si l'intensité atteint une certaine limite. 2.1.1 Pouvoir de coupure : Le pouvoir de coupure est la plus grande intensité de court-circuit que peut interrompre la cartouche. Les fusibles HPC (Haut Pouvoir de Coupure) limitent des courts-circuits pouvant atteindre 100kA. Dimensions Calibres PdC 0.2 à 10 A 1 kA 5 20 mm 2 à 10 A 6 kA 6.3 23 mm 2 à 10 A 6 kA 8.5 23 mm Pouvoir de coupure des fusibles 6 à 16 A 6 kA Domestiques cylindriques 10.3 25.8 mm 0.5 à 20 A 20 kA 8.5 31.5 mm 16 à 25 A 20 kA 10.5 31.5 mm 32 A 20 kA 10.3 31.5 mm
Cours électricité générale- MI2
CH III Appareillage de commande et de protection
21
Pouvoir de coupure des fusibles Industriels cylindriques
Les cartouche à couteau ( DIN 00…4) ont un PdC 120 kA
Dimensions 8.5 23 mm 10.3 25.8 mm 8.5 31.5 mm 10.3 31.5 mm 10.3 38 mm 14 51 mm 22 58 mm
Calibres 2 à 10 A 16 A 2 à 10 A 25 A 0.5 à 25 A 2 à 50 A 4 à 125 A
PdC 4 kA 8 kA 20 kA 20 kA 100 kA 100 kA 100 kA
2.1.2 Pouvoir de limitation : Le pouvoir de limitation est la propriété que possède une cartouche à limiter l'intensité du défaut et donc les effets électrodynamiques et thermiques du courant. Il y a deux familles de fusibles, les rapides (F :usage domestique, électronique, Gg/gL : usage industriel) de type qui fondent de suite et les retardés (aM : accompagnement moteur) qui sont un peu plus lents.
I Icc Présumé Icc coupé t
2.1.3 Courant conventionnel : calibres In 4A 5 à 10A 11 à 25A 26 à 63A 64 à 100A 101 à 160A 161 à 400A
On appelle courant conventionnel de non fusion Inf la valeur de courant pouvant être supportée par le fusible sans fondre pendant un temps conventionnel tc spécifié. On appelle aussi courant conventionnel de fusion If la valeur de courant provoquant la fusion du fusible avant ce temps spécifié.
Inf 1.5 In 1.5 In 1.4 In 1.3 In 1.3 In 1.2 In 1.2 In
If 2.1In 1.9 In 1.75 In 1.6 In 1.6 In 1.6 In 1.6 In
tc 1h 1h 1h 1h 2h 2h 3h
2.1.4 caractéristique temps-courant : La zone de fonctionnement d’un fusible permet de déterminer la durée de fonctionnement du fusible en fonction du courant le traversant. Il est fort utile de connaître cette carectéristique pour calculer la sélectivité des protections disposées en série. Temps ( S )
Pour une cartouche 22 58 gG 100A un courant de 300A fera la fondre en 30 secondes.
30
300 Cours électricité générale- MI2
Courant de défaut (A) CH III Appareillage de commande et de protection
22
2.2 Disjoncteur magnétothermique : Un disjoncteur est équipé d’un déclencheur magnétique et un autre thermique pour la protection respectivement contre les courts circuits et les surcharges. 2.2.1 Composition : Il se compose : • des pièces enveloppes : - coquille (1) - couvercle • de pièces spécifiques : - chambre de coupure (2) - tôle d’arc (3) - vis de réglage (4) - sous-ensemble serrure (5) • d’ensembles variables : - sous-ensemble thermique (6) - sous-ensemble magnétique (7) • de pièces de finition : - clip de marquage - ressort et loquet bistable (8) La position bistable du loquet facilite le montage et démontage du disjoncteur sur le rail.
2.2.2 Choix des caractéristiques : Le choix d’un disjoncteur tient compte des caractéristiques suivantes qui à leur tour sont spécifiées en fonction de l’installation à protéger : . Calibre In : courant nominal ou courant assigné d'emploi . Courant de réglage Ir : réglage du déclenchement thermique : typiquement, 0,1In Ir In . Courant de déclenchement magnétique Id . En général, Id = 10 à 20 In . Courant de déclenchement instantané Iinst : n'existe que sur les disjoncteurs électroniques. Il correspond à une coupure immédiate en cas de fort court-circuit. . Tension assignée d'emploi, pouvoir de coupure : comme dans le cas des fusibles. . Nombre de pôles. 2.2.3 Courbes de déclenchement ( NF 61-410): En réalité les courbes de déclenchement sont nommées suivant la plage de réglage du courant de déclenchement magnétique ( de court circuit ).
Cours électricité générale- MI2
CH III Appareillage de commande et de protection
23 Calibres 60A : Courbe Z : Id = 2,4 à 3,6 In protection des circuits électroniques Courbe B : Id = 3 à 5 In ( 3.2 à 4.8 In : CEI 947-2 ) protection des générateurs, des personnes, des grandes longueurs de câbles en régime TN et IT Courbe C : Id = 5 à 10 In ( 7 à 10 In : CEI 947-2 ) protection des récepteurs classiques, usage général Courbe D : Id = 10 à 14 In protection des récepteurs à fort courant d'appel (moteurs, transformateurs,...) Courbe MA : Id = 12 In déclencheur magnétique seul (pas de protection thermique) : protection des démarreurs de moteur.
t
3 5 10 B C NF 61- 410
In
Calibres entre 60 et 100A : Courbe D : Id = 5 à 10 In protection des récepteurs classiques. Courbe G : Id = 2 à 5 In protection des générateurs, des personnes, des grandes longueurs de câbles. Courbe MA : Id = 6.3 à 12.5 In : protection des démarreurs de moteur. Calibres 100A : Dans ce cas les disjoncteurs sont contrôlés électroniquement. 2.2.4 Polarité et symboles :
On lira : P.P = Pôle protégé. P.C = pôle coupé
2.3 Disjoncteur différentiel : 2.3.1 Position du problème: A partir d’un réseau alternatif monophasé 230v entre phase et neutre, on alimente un récepteur avec masse métallique. - la masse métallique doit être reliée avec un conducteur à la terre. 1er cas : si I1=I2 pas de défaut
I
Cours électricité générale- MI2
I2
CH III Appareillage de commande et de protection
24 - 2ème cas : si un défaut d’isolement apparaît, il y aura un courant de fuite vers la terre donc I1I2 I et I1=I2+If. 1 Si une personne touche la masse, il y a risque d’électrocution donc danger. - Il faut assurer la protection par coupure de l’alimentation, c’est le rôle du différentiel dans le disjoncteur - En cas de surintensité ou de cours circuit dans le circuit le disjoncteur devra également agir.
I2
If
2.3.2 Principe : On place 2 bobines identiques dont les enroulements sont en opposition qui vont détecter les courants I1 et I2 avec une bobine sonde sur un circuit magnétique en forme de tore. 9 2.3.3 Fonctionnement :
8
1 2
1er cas : pas de défaut I1=I2 : 7
Le flux 1 produit par la bobine 1 est égal au flux 2 produit par la bobine 2 Le flux résultant dans le tore r =0 donc U=0 à la bobine sonde. 2ème cas : défaut d’isolement :
3
6 5
4
Le flux 1 produit par la bobine 1 est supérieur au flux 2 produit par la bobine 2 : apparition d’un flux variable dans le tore et d’une fem induite « e » aux bornes de la bobine sonde qui va alimenter un relais, il y aura déclenchement du disjoncteur si le défaut est dangereux. 2.3.4 Sensibilité : Il existe des dispositifs différentiels de : -
Haute sensibilité : 30mA, 12mA, 6mA. Moyenne sensibilité : 1A, 650mA, 500mA, 300mA, 100mA Autres sensibilités : 20A, 10A, 5A, 3A
2.3.5 Choix d’un disjoncteur différentiel : En plus des critères de choix d’un disjoncteur magnétothermique (parce que le disjoncteur différentiel l’ai aussi), s’ajoute le critère de sensibilité en fonction de la résistance de terre et l’état des locaux.
Cours électricité générale- MI2
CH III Appareillage de commande et de protection
25
2.4 Relais thermique : 2.4.1 Principe de fonctionnement : Le relais thermique utilise la propriété d’un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation différents. Il s’incurve lorsque sa température augmente. Pour ce bilame on utilise un alliage de ferro-nickel et de l’invar. Déclenchement par surcharge triphasée déplacement simultané des trois bilames. - Déclenchement en cas de coupure d’une phase dispositif différentiel.
2.4.2 Courbe de déclenchement : C’est la courbe représentant le temps de déclenchement en fonction des multiples de l’intensité de réglage. L’intensité minimale de déclenchement est égale, en général, à 1,15 fois l’intensité de réglage. Autrement dit le relais ne déclenche pas sous cette intensité de réglage que l’on peut choisir égale à l’intensité à pleine charge. En abscisse, il faut multiplier les valeurs de 0,8 à 10 par le courant du réglage du relais thermique. Exemple : Courant réglage Ir =3A ; on aura en abscisse 2,4 - 3 - 6 - 12 - 18 - 30A
3
La sélectivité des appareils de protections :
Temps 2h 1h 40 mn 20 mn 10 mn 4 mn 2 mn 1 mn 40 s 20 s 10 s 4s 2s 1s 0.8 s
0.8 1
2 4 6 10 courant de réglage (Ir).
C’est la coordination des dispositifs de coupures pour qu’un défaut, survenant en un point quelconque du réseau, soit éliminé par le dispositif de protection (fusible, disjoncteur, relais…) placé immédiatement en amont du défaut et par lui seul. L’intérêt principal de la sélectivité est d’assurer la continuité de service.
3.1 Niveau de sélectivité : Sélectivité totale : si seul le dispositif de protection immédiatement en amont du défaut réagit. Sélectivité partielle : si selon l’emplacement du défaut un ou plus parmi les dispositifs de protection en amont du défaut réagissent.
3.2 types de sélectivité : La sélectivité peut se baser sur le paramètre temps (sélectivité chronométrique) ou sur le paramètre intensité du courant de défaut (sélectivité ampérométrique). Cours électricité générale- MI2
CH III Appareillage de commande et de protection
26 Exemple :
t D1
Pour la même valeur du courant I1 le disjoncteur D1 agit avant que D2 se rend compte ; donc sélectivité t2 chronométrique. Pour la valeur de courant I2, D2 D1 réagit immédiatement (relais t1 magnétique) mais D2 ne réagit pas. Sélectivité ampérométrique. D1
D2
Lorsque la sélectivité concerne deux dispositifs en série elle est dite verticale, s’ils sont parallèles elle est dite horizontale.
I1
I2
In
3.3 Dispositif différentiel résiduel DDR : Sensibilité : Le seuil de sensibilité In du dispositif différentiel doit être tel que In < UL/RA (RA : résistance des prises de terre des masses d’utilisation et UL la tension limite de sécurité). Exemple : Dans des conditions normales UL = 50 V et si RA = 50 In = 1A Cette sensibilité protège contre les défauts d’isolement ( biens ) et les contacts indirects, mais dans le cas d’un contact direct avec une phase, la protection des personnes impose In 30mA. Déclenchement : Le déclenchement des DDR peut être instantané ( 20 ms ), sélectif type S ( 50 ms ), ou retardé ( 0.3s, 1s, 3s ). Sélectivité différentielle : La sélectivité ampère métrique est assurée si la sensibilité amont est au moins le double de celle aval. La sélectivité chronométrique est assurée si le temps d’ouverture du circuit amont est supérieur à celui aval. Exemple :
1A Retardé 1s
Sélectivité ampérométrique : 1A > 2x 300 mA ; 300mA > 2 x 30 mA. Sélectivité chronométrique : 1s > 50 ms > 20 ms.
300 mA Type S
30 mA inst
Cours électricité générale- MI2
10 mA inst
CH III Appareillage de commande et de protection
27 Remarque : Un dispositif différentiel fonctionne de façon certaine pour tout courant de défaut d’intensité supérieure à In, ne fonctionne pas pour tout courant de défaut d’intensité inférieure à In/2. Toutefois, Son fonctionnement entre In/2 et In reste possible. In/2
Non fonctionnement
4
In
F. probable
F. certain
Appareillage de commande :
4.1 Contacteur : Le contacteur permet d’établir ou interrompre le courant dans un récepteur. Il est commandé par une bobine alimentée en continu ou en alternatif. Il est tripolaire ou tétra polaire. Des contacts auxiliaires peuvent lui êtres ajoutés. Un contacteur est souvent utilisé accompagné d’un relais thermique pour éviter les surcharges et un sectionneur porte fusible pour protéger contre les court-circuits.
4.2 Sectionneur : Le sectionneur permet d’isoler un circuit en absence de tension. Il permet parfois de protéger contre les courtcircuits lorsqu’il est équipé de fusibles.
5
Conclusion : L’étude des divers appareillages nous permettra lors de l’étude des installations électriques de choisir ceux convenables en fonction de nos exigences.
Cours électricité générale- MI2
CH III Appareillage de commande et de protection
28
CH IV : LES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES 1
Introductuion :
Le moteur asynchrone qui est le moteur de base de l’industrie actuelle convient surtout pour les commandes à vitesse constante. Sa mise en vitesse, au moment du démarrage, est liée à la surintensité admissible par l’installation électrique, au couple nécessaire à la machine entraînée, et à la durée de démarrage admissible. On présente dans ce cours les solutions les plus employées. Dans ce qui suit, on utilisera un moteur dont toutes les extrémités des enroulements sont sorties sur la plaque à bornes :
z
L1
L2
L3
L1
L2
L3
L1
L2
L3
u
v
w
u
v
w
u
v
w
x
y
z
x
y
z
y
c) Couplage
b) Couplage Y
a) Plaque à bornes
x
On utilise un moteur dont la tension de couplage triangle correspond bien à celle du réseau : Réseau 220V / 380 V & Moteur 220V / 380 V : La tension nominale admissible par un enroulement est celle correspondant au couplage triangle soit 380 V. Dans le cas d’un couplage étoile deux enroulements en série sont soumis à cette même tension, soit 220 V pour chacun. Le réseau triphasé de la STEG est un système de tensions triphasées équilibré. Les tensions 2 sont déphasées l’une par rapport à l’autre de : 3 v1 (t ) Vm sin t 2 v 2 (t ) Vm sin t 3 4 v3(t ) Vm sin t 3
Cours électricité générale- MI2
U V
3
CH IV Les installations Industrielles
29 Il en est de même pour les tensions composées :
u12 (t ) v1 v 2 Vm 3 sin t 6 5 u 31 (t ) v3 v1 Vm 3 sin t 6
u 23 (t ) v 2 v3 Vm 3 sin t 2 Inversion du sens de rotation : La force magnétomotrice tourne toujours dans le sens v1, v2, v3 qui sont reliés respectivement aux bobinages b1, b2, b3. Si on permute deux phases, la force magnétomotrice suit les tensions. b1,v1 b1,v1 b3,v3
b2,v2
b3,v2
b2,v3
b2,v2
b3,v3
b2,v3
b3,v2
b1,v1
b1,v1
La force magnétomotrice ignore donc la géométrie, elle dépend uniquement de l’ordre de succession des phases qui lui donnent naissance. Il en résulte donc pour inverser le sens de rotation d’un moteur triphasé il suffit de permuter deux phases quelconques.
2 Démarrage direct : 2.1 Principe : Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant celle du réseau, ne nécessitant pas une mise en vitesse progressive. Le couple est énergique (1.5 à 2 CN), l’appel de courant est important (4 à 8 fois le courant nominal). Ce mode est plutôt destiné au moteur asynchrone à rotor à cage. Les enroulements du stator sont couplés directement sur le réseau. Le distributeur d’énergie électrique impose une limite en puissance sur les moteurs démarrant en direct et ce pour ne pas perturber le réseau. 2.1.1 Démarrage manuel : Le démarrage manuel n’est plus utilisé actuellement. Le démarrage d’une pompe pour un puit se fait de façon semi-automatique ! Le principe se base sur un interrupteur tripolaire pour le cas d’un seul sens de marche et d’un interrupteur inverseur tripolaire pour deux sens de marche. Ces modes ont laissé maintenant la place aux démarrages semi-automatiques et automatiques moyennant des contacteurs et des relais temporisés et aux variateurs de vitesse qui répondent aujourd’hui aux exigences des industriels.
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
30 L1 L2 L3
Q1
L1 L2 L3
Q1
Q2 Q2 u v w M 3 ~
M 3 ~
u v w M 3 ~
M 3 ~
Fig 1 : procédés de démarrage manuels
2.1.2 Démarrage semi-automatique, un sens de marche : Ce type de démarrage utilise le contacteur comme élément de distribution d’énergie. La commande du contacteur se fait par un circuit auxiliaire et généralement distant du moteur.
L1 Q1 F1 F2 S1 S2 M 3 ~
KM11
KM1
Fig 2 : démarrage un seul sens de marche
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
31 2.1.3 Démarrage semi-automatique, deux sens de marche :
L1 L2 L3 L1
Q1
Q1 F1 F2
KM1
KM2 S1 S2
KM11
KM21
S3
F2 M 3 ~
KM22
KM12
u v w M 3 ~
KM1
KM2
Pour l’inversion du sens de marche il suffit d’intervertir deux phases. Dans ce cas un verrouillage mécanique et indispensable pour éviter un court-circuit entre les phases inversées.
2.2 Avantages : -
- Simplicité de l’appareillage. - Couple important. Temps de démarrage court.
2.3 Inconvénients : -
3
Appel du courant important Démarrage brutal
démarrage étoile - triangle ( y- ).
3.1 Principe : Ce procédé ne peut s’appliquer qu’aux moteurs dont toutes les extrémités d’enroulement sont sorties sur la plaque à bornes, et dont le couplage triangle correspond à la tension du réseau. Le démarrage s’effectue en 2 temps. Ce type de démarrage est réservé aux machines démarrant à vide ou dont le couple résistant est faible. Comparé au couplage triangle, l’intensité de démarrage est divisée par 3, mais le couple de démarrage aussi (proportionnel au carré de la tension d’alimentation des enroulements).
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
32 U u
v
Z
Z
x
U I
w
Z
y
z
U
3
u
v
Z
Z
Z
x
y
z
U
J
Triangle
Etoile
I
I
w
U 3
J
Z
U Z
IJ 3 3
U Z
3.2 Démarrage semi-automatique, un sens de marche : 3.2.1 Circuit de puissance :
M 3 ~
Cours électricité générale- MI2
Démarrage en 2 temp 1 : fermeture de KM1 2 : ouverture de KM2 fermeture de KM3
CH IV Les installations Industrielles
33 3.2.2 Circuit de commande : L1 Q1 F1 F2 S1 S2 KM12
KM21
KM31 KM2
KM11
KM22 KM3
KM1
1 0 1
S1
0 1
S2
0 1
KM 2
0 1 0 1 0
KM 1 KM
Equations : KM 1 Q1 F 2 S1 S 2 KM 21 KM 11 KM 2 Q1 F 2 S1 S 2 KM 11 KM 21 KM 12 KM 31 KM 3 Q1 F 2 S1 S 2 KM 21 KM 11 KM 2 2 Q1 F 2 S1 KM 11 KM 2 2
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
34
3.3 Démarrage semi-automatique, deux sens de marche : 3.3.1 Circuit de puissance :
L1 L2 L3
Q1
KM1
KM2
F2 u v w M 3 ~
M 3 ~
KM4
z x y KM3
3.3.2 Circuit de Commande : L1 Q1 F1 F2 KM13
S1 S2
KM11
KM22 KM1
S3
KM21 KA12 KM12 KM2
KM41 KM3
KM23
KM31
KA11
KM32 KM4
KA1
Equations :
KM 1 Q1 F 2 S1 S 2 KM 11 KM 2 2 KM 2 Q1 F 2 S1 S 3 KM 21 KM 12
KM 4 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KM 31 KA11 KM 32 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KA11 KM 3 2 KM 3 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KA12 KM 4 Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
35
KA1 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KM 31 KA11
3.4 Avantages : -
Appel de courant en étoile réduit au tiers de sa valeur en direct Faible complication d’appareillage.
3.5 Inconvénients : - Couple réduit au tiers de sa valeur en direct - Coupure entre les positions étoile et triangle d’ou apparition de phénomènes transitoires
3.6 Application : On désire commander un moteur asynchrone en étoile – triangle 1 seul sens. Pour adoucir le passage de l’étoile au triangle on utilise des résistances en série avec les enroulements statoriques au début du couplage triangle. Elles seront court-circuitées par la suite. On demande : Donner le schéma fonctionnel. Établir le circuit de puissance. Donner le circuit de commande.
4 démarrage à resistances statoriques. 4.1 Principe : C’est une mise temporaire d’un ou plusieurs groupes de résistances en série avec le stator. Ce type de démarrage a des caractéristiques comparables au démarrage étoile - triangle. Il n’y a pas de coupure de l’alimentation du moteur entre les temps de démarrage. Ce démarrage peut se faire en plusieurs temps suivant la puissance du moteur.
4.2 Démarrage semi-automatique, un sens de marche : 4.2.1 Circuit de puissance :
M 3 ~
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
36 4.2.2 Circuit de commande : L1
L1
Q1
Q1
F1
F1
F2
F2
S1
S1
S2
KA
KM1
S2
KA1
KM11
KM1
KA
KM1
KM2
a) Cas d’un seul groupe de résistances
KA1
KM2
KM21
KM3
a) Cas de deux groupes de résistances
4.3 Démarrage semi-automatique, deux sens de marche : 4.3.1 Circuit de puissance : I
L1 L2 L3
r r+R2
Q1 r+R2+R1 KM1
KM3
N
R1
r C
KM2
R2
KM4
r+R2 r+R2+R1
F2 u v w M 3 ~
M 3 ~
N
Cours électricité générale- MI2
CH IV Les installations Industrielles
37 La tension appliquée aux bornes du moteur ne reste pas constante pendant le temps d’accélération. L’intensité maximale se situe lors de la mise sous tension, puis elle diminue Id = 4,5 In. Le couple initial est relativement faible pour une pointe de courant assez importante . Cd = 0,75 Cn 4.3.2 Circuit de commande :
Q1
L1
F1 F2
S2
KM23
KM13
S1 KM11
KM21
S3
KM22 KM1
KA11
KM31
KM12 KM2
KM3
Equations : KM 1 Q1 F 2 S1 S 2 KM 11 KM 2 2 KM 2 Q1 F 2 S1 S 3 KM 21 KM 12
KM4
KA1
r+R1+R2
r+ R2
r
1
M S1
0 1 0 1
S2
0 1
KM 1
KM 4 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KM 31
0 1
KA1
KA1 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13
0 1
KM 3 Q1 F 2 KM 2 3 KM 13 KA11
Avec r c’est la résistance du stator.
KM 3
0
4.4 Avantages : Le couple moteur est croissant pendant un démarrage plus progressif résultant de la réduction de la tension d’alimentation causée par l’appel du courant qui reste important.
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CH IV Les installations Industrielles
38
4.5 Inconvénients : L’appel du courant plus important qu’en étoile-triangle : 4 à 5 fois le courant nominal. Le couple de démarrage est diminué par rapport au démarrage direct.
4.6 Emploi : Ce mode convient aux machines dont le couple de démarrage est plus faible que le couple nominal.
5 démarrage à resistances rotoriques. 5.1 Principe : On utilise obligatoirement un moteur asynchrone triphasé a rotor bobiné en étoile avec sorties sur trois bagues. Le stator est soumis à pleine tension alors que le rotor est excité à travers des groupes de résistances en série avec les bobinages rotoriques pendant le démarrage, puis sont court-circuités. Le courant de démarrage est limité, sans que le couple soit réduit. 5.1.1 Circuit de puissance :
L1 L2 L3
Q1
KM1
KM2
F2 u v w M 3 ~
M 3 ~
R’ R
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KM3
KM4
CH IV Les installations Industrielles
39 Cmax et Cmin sont fixés par le cahier des charges, g2 et g3 sont déterminés sur la caractéristique " naturelle " du moteur. Connaissant la valeur de la résistance du bobinage rotorique r, on détermine les valeurs des résistances de démarrage R et R’. Le courant absorbé est sensiblement proportionnel au couple fourni ou très peu supérieur. EX : Pour un couple de démarrage Cd = 2,5 Cn. L’intensité sera sensiblement de 2 In Id < 2,5 In. On obtient fréquemment des couples de démarrage égaux à 2,5 fois le Cn sans surintensité excessive. On peut encore réduire la surintensité en augmentant le nombre des temps de démarrage. Cd < 2,5 Cn. 5.1.2 Circuit de commande : Le circuit de commande est le même que celui de démarrage statorique. Q1
L1
F1 F2 KM13
S1 S2
KM11
KM22 KM1
KM21
S3
KM23
KA11
KM31
KM12 KM2
KM3
KA1
KM4
5.2 Avantages : - L’appel de courant est pour un couple de démarrage donné le plus faible par rapport à tous les autres modes de démarrage. - Possibilité de choisir par construction, couple et le nombre de temps de démarrage.
5.3 Inconvénients : - Nécessité d’un moteur à rotor bobiné. - Equipement plus cher
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CH IV Les installations Industrielles
40
CH V : REGIMES DU NEUTRE
1
Schémas de liaison à la terre (SLT) :
1.1 Évolution du besoin : Aujourd’hui les 3 SLT, longtemps appelés régimes du neutre tels que définis par les normes CEI 60364 et NF C 15-100, sont : la mise au neutre -TN- ; le neutre à la terre -TT- ; le neutre isolé (ou impédant) -IT-. Ces trois schémas ont une même finalité en termes de protection des personnes et des biens : la maîtrise des effets des défauts d’isolement. Ils sont considérés comme équivalents sur le plan de la sécurité des personnes contre les contacts indirects. Il n’en est pas nécessairement de même pour la sûreté de l’installation électrique BT en ce qui concerne : la disponibilité de l’énergie ; la maintenance de l’installation.
1.2 Défauts d’isolement : Pour assurer la protection des personnes et la continuité d’exploitation, les conducteurs et les pièces sous tension d’une installation électrique sont « isolées » par rapport aux masses reliées à la terre. L’isolement est réalisé par : l’utilisation de matériaux isolants ; l’éloignement qui nécessite des distances d’isolement. Un défaut d’isolement est : soit de mode différentiel (entre conducteurs actifs) et devient un court-circuit ; soit de mode commun (entre conducteurs actifs et masse ou terre), un courant de défaut dit de mode commun, circule alors dans le conducteur de protection (PE) et/ou dans la terre. Les SLT en BT sont essentiellement concernés par les défauts de mode commun dont L’occurrence la plus forte se situe au niveau des récepteurs et des câbles.
1.3 Risques associés aux défauts : Un défaut d’isolement, quelle que soit sa cause, présente des risques pour : la vie des personnes ; la conservation des biens ; la disponibilité de l’énergie électrique ;
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CH V Les Régimes du neutre
41 1.3.1 Risque d’électrisation des personnes : C’est le courant en valeur et en durée, traversant le corps humain (en particulier le cœur), qui est dangereux. En BT la valeur de l’impédance du corps, (dont une composante importante est la résistance de la peau), n’évolue pratiquement qu’en fonction de l’environnement (locaux secs et humides, et locaux mouillés). Pour chacun des cas, une tension de sécurité (tension de contact maximale admissible pendant au moins 5 s) a été définie ; elle est appelée tension limite conventionnelle UL dans la norme CEI 60479. Les normes CEI 60364 § 413.1.1.1 et NF C 15-100 précisent que si la tension de contact Uc risque de dépasser la tension UL, la durée d'application de la tension de défaut doit être limitée par l’intervention des dispositifs de protection.
Fig 1 : Durée maximale de maintien de la tension de contact selon la norme CEI 60364.
Fig 2 : zones temps/courant des effets du courant alternatif (15 Hz à 100 Hz) sur les personnes selon la norme CEI 60479-1.
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CH V Les Régimes du neutre
42 1.3.2 Risque d’incendie: Ce risque, lorsqu’il se matérialise, peut avoir des conséquences dramatiques pour les personnes et les biens. Bon nombre d’incendies ont pour origine un échauffement important et ponctuel ou un arc électrique provoqué par un défaut d’isolement. Le risque est d'autant plus important que le courant de défaut est élevé. Il est également fonction du degré du risque incendie ou explosion, des locaux.
1.3.3 Risque de non disponibilité de l’énergie : La maîtrise de ce risque prend de plus en plus d’importance. En effet si, pour éliminer le défaut, la partie en défaut est déconnectée automatiquement, il en résulte : un risque pour les personnes, par exemple : manque subit d’éclairage, mise hors service d’équipements utiles à la sécurité ; un risque économique du fait de la perte de production.
2
Régime TT :
Le neutre de l’installation est directement relié à la terre. Les masses de l’installation sont aussi reliées à la terre. Cette solution est celle employée pour les réseaux de distribution basse tension. Aussitôt qu’un défaut d’isolement survient, il doit y avoir coupure : C’est la coupure au premier défaut. Id
N
PE
Ud Rb
3
Ra
Régime IT :
Dans le régime de neutre isolé : - Le neutre est isolé de la terre ou relié à la terre par une impédance élevée. - Les masses sont reliées à une prise de terre. Un premier défaut n’est pas dangereux, mais il doit être recherché et éliminé. Un deuxième défaut peut être dangereux s’il résulte d’un second conducteur actif : court-circuit à travers le conducteur de protection.
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CH V Les Régimes du neutre
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Id
Contrôleur permanent d’isolement
N Limiteur de surtension
PE
Ud Rb
4
Régime TN :
Le neutre de l’alimentation est mis à la terre et les masses sont reliées au neutre ; Ainsi, tout défaut d’isolement est transformé en un défaut entre phase et neutre soit un court- circuit dont la valeur est limitée par l’impédance des câbles. Schéma TN-C : Le conducteur neutre et de protection électrique sont en communs. Schéma TN-S : Le conducteur neutre est séparé du conducteur de protection électrique.
Id
PEN
N TNC Ud
TNS
Rb
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CH V Les Régimes du neutre
Bibliographie
[1] LARGEAUD Hubert. 2002. Le schéma électrique. Paris : Edition Eyrolles. 450 p. [2] Collection. 2002. Electrotechnique : Equipements et installations électriques. Paris : Edition Delagrave. 207 p. [3]
NEY Henri. 2004. Technologie d’électrotechnique Tome 1. Paris : Edition Nathan technique. 320 p.
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