L'electricite PDF

 

 

LES UTILITÉS L’ÉLECTRICITÉ

SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-UT010-FR Révision 0.1

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

LES UTILITÉS  L’ÉLECTRICITÉ SOMMAIRE 1. OBJE OBJECTIFS CTIFS.......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............6 ...6  2. L’ORIGINE DE L’ELECTRICITE......................................................................................7  2.1. LA « PETIT PETITE E HISTOIRE HISTOIRE » .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................7 .........7  2.1.1. Quelles sont les utilisations des aimants?.........................................................8  2.1.2. Quels scientifiques nous ont aidé à comprendre les aimants?..........................8   2.2. MAGNETISME ET COURANT ELECTRIQUE ............ ......................... ......................... ......................... ..................... ........9 9  2.2.1. Champ de force magnétique ............ ......................... ......................... ......................... .......................... ......................... ..............9 ..9   2.2.2. L’aimant...........................................................................................................10  2.2.2.1. Particularité des pôles :............................................................................10  2.2.2.2. Application à la boussole..........................................................................10  2.2.2.3. L’aimant permanent..................................................................................11  2.2.2.4. L’aimant temporaire..................................................................................12  2.2.2 2.2.2.5. .5. L’expérie L’expérience nce d’Oersted d’Oertique sted ....................... ........... ....................... ....................... ....................... ...................12 .......12 2.2.2.6. .6. L’inductio L’ind uction n magné magnétique ................................... ....................... ....................... ..................13 .......13   2.2.2.7. L’électroaimant.........................................................................................14  2.2.3. L’électromagnétisme : la force électromagnétique ............. ......................... ......................... ................. ....14 14  2.3. GENERATION DU COURANT ALTERNATIF.........................................................16  2.3.1. Tension Tension induite induite .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................16 .....16  2.3.2. Principe du générateur CA ........... ........................ .......................... .......................... .......................... ......................... ............... ...17 17  2.3.3. La dynamo de « vélo » ............ ........................ ......................... ......................... ......................... ......................... ...................... ..........19 19  2.3.4. Générateur CA triphasé...................................................................................20  2.4. GENER GENERATION ATION DU COUR COURANT ANT CONTINU CONTINU ............ ....................... ...................... ...................... ...................... .................21 ......21  2.4.1. Principe du générateur CC..............................................................................21  2.4.2. Différents types de machines CC ............. ......................... ......................... ......................... ......................... .................. .....24 24  2.4.2.1. Machine à aimants permanents ......................... ............. ......................... .......................... ......................... ............24 24  2.4.2.2. Les autres machines ............ ......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ................ ....24 24  2.5. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............26 ....26  3. THEORIE, SYMBOLES ET PLANS EN ELECTRICITE.................................................30  3.1. SYMBOLES ET UNITES.........................................................................................30  3.1.1. Les unités SI de base......................................................................................30  3.1.2. Les unités unités SI dériv dérivées ées ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .................31 ......31  3.1.3. Les préfixes préfixes ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ...................... ......................32 ...........32  3.1.4. Règles de l’écriture l’écriture des unités .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... .................33 ......33  3.1.5. Unités techniques « hors normes » ............. .......................... .......................... .......................... ......................... .............33 .33   3.1.6. Unités anglo-saxonnes....................................................................................34  3.2. GRANDEURS GRANDEURS DE BASE EN ELECTRICITE(COURAN ELECTRICITE(COURANT T CONTINU) ............... ..................... ......36 36  3.2.1. Cour Courant ant électrique électrique ....................... .................................. ....................... ....................... ...................... ...................... .......................36 ............36  3.2.2. Tension et différence différence de poten potentiel tiel ....................... .................................. ....................... ....................... .....................37 ..........37  3.2.3. Loi d’Ohm, résistance (en courant continu).....................................................38   3.2.4. Résistivi stivité té ........... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............40 .40 3.2.5. Rési Résistance (en tant que que ....................... composant électrique pour éviter la confusion) co nfusion) ........ ........42 42   Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 2 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.2.6. Effet Joule (paragraphe applicable en courants alternatif et continu)..............43  3.2.7. Puissance Puissance électr électrique ique ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ....................43 .........43  3.2.8. Emploi des lois d’Ohm et de Joule ..................... ................................ ...................... ...................... .......................44 ............44  3.2.9. Énergie Énergie élec électrique trique : ............ ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... .....................45 ..........45  3.2.10. Rendement (en puissance active) ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ..............46 .46   3.3. GRANDEURS COMPLEMENTAIRES EN ELECTRICITE ......................... ............ .......................... ............. 48  3.3.1. Inductance : la ‘self’.........................................................................................48  3.3.2. Condensateur..................................................................................................51  3.3.3. Résumé R, L, C...............................................................................................56  3.3.4. Impédance.......................................................................................................58  3.3.5. Calcul Calcul d’imp d’impédanc édance e ............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................61 ........61  3.4. GRANDEURS ET MESURES EN COURANT ALTERNATIF..................................66  3.4.1. Rappel Rappel mesures mesures en ccontinu ontinu et en en alternatif alternatif ............ ......................... .......................... .......................... ...............66 ..66   3.4.2. Mesures de puissance en courant alternatif....................................................67   3.4.3. Formules et unités de puissa puissance nce en courant alternatif : .............. ........................... .................... .......69 69  3.4.4. Récapitulatif des formules et exercices ......................... ............ .......................... .......................... ..................... ........72 72  3.5. PLANS ET SCHEMAS ELECTRIQUES..................................................................73  3.5.1. Plans, schémas en électricité..........................................................................78  3.5.1.1. Schéma unifilaire (one line diagram):.......................................................78  3.5.1.2. (schematic diagram) ............. .......................... ........................... .................... ......80 80   3.5.1.3. Schémas de principe détail (wiring and connection diagram)................................83 3.5.1.4. 3.5.1 .4. Autre sché schémas mas ....................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................84 .........84  3.6. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............85 ....85  4. L’INSTALLATION, LA DISTRIBUTION ELECTRIQUE ............ ......................... ........................... ......................... ...........86 86  4.1. GENERATION D’ELECTRICITE.............................................................................87  4.1.1. Générateurs de courant alternatif, l’alternateur .............. ........................... .......................... .................... .......87 87  4.1.2. Générateurs de courant continu, machines tournantes...................................89   4.1.3. Générateurs de courant continu, les batteries.................................................89   4.2. LIAISONS HT ET BT...............................................................................................90  4.2.1. Liaison Haute Tension (HT).............................................................................90  4.2.2. Liaisons Basse Tension (BT)...........................................................................93  4.3. CABLES HT / BT - ACCESSOIRES........................................................................98   4.3.1. Chemins de câbles (et supports de câbles).....................................................98  4.3.2. Tran Tranchées chées ............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................100 .........100  4.3.3. Raccordement des câbles HT .......................... ............. ......................... ......................... .......................... .................... .......103 103  4.3.4. Racc Raccordem ordement ent des câbles câbles BT ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...............104 ....104  4.4. ARMOIRE HT – HAUTE TENSION.......................................................................107  4.5. ARMOIRE BT – BASSE TENSION ........... ........................ ......................... ......................... .......................... ...................... .........108 108  4.6. RECEPTEURS......................................................................................................109  4.7. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............111 ..111  4.7.1. Grandeurs de base de l’électricité ............. .......................... .......................... ......................... ......................... ............... 111  4.7.2. Alimentations à tension continue...................................................................114   4.7.3. Alimentations à tension alternative monophasée ......................... ............ .......................... ................. ....115 115  4.7.4. Alimentations à tension alternative triphasée ............ ........................ ......................... ........................ ........... 116  5. PRECAUTIONS PRECAUTIONS CONTRE LES DANGERS DE L L’ELECTRICITE ’ELECTRICITE .......................... ............. .................. .....119 119  5.1. DANGERS DE L’ELECTRICITE............................................................................119  5.1.1. Effets physiologiques de l’électricité..............................................................119 5.1.2. Classification des tensions ............. .......................... .......................... .......................... ......................... ........................ ............ 121   Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 3 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5.1.3. Risques Risques électriques pour les personnes et le matériel .......................... ............. ..................... ........122 122  5.2. MISE A LA TERRE................................................................................................124  5.3. Les défauts défauts de terre ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ....................... ...............124 ...124  5.3.1. Les régimes de neutre...................................................................................126  5.3.2. Le rése réseau au des terres ...................... .................................. ....................... ...................... ...................... ....................... ..................129 ......129  5.3.3. Les puits de terre (earth electrodes)..............................................................131   5.3.4. Les boucles de terre......................................................................................132  5.4. PROTECTION DES PERSONNES ET DU MATERIEL ........................... .............. .......................... ............. 134  5.4.1. Protection individuelle....................................................................................134  5.4.2. Protection mécanique ‘ IP’.............................................................................137  5.4.3. Les travaux électriques..................................................................................138  5.4.4. La protection cathodique ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ................ ...139 139  5.5. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............140 ..140  6. LES ARMOIRES HAUTE TENSION............................................................................143  6.1. LE POSTE POSTE HT HT............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ......................143 ...........143  6.2. CELLU CELLULES LES HT ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .......................148 ...........148  6.3. PROTECTIONS DANS LES CIRCUITS HT ......................... ............. ......................... .......................... .................... .......151 151  6.4. LA SECURITE DANS LE POSTE HT....................................................................158  7. LES ARMOIRES BASSE TENSION ............ ......................... ......................... ......................... ......................... ......................... ............... 161  7.1.7.1.1. LA DISTRIBUTION (MCC)..............................................................161 Constitution desPRINCIPALE armoires BT ............ ........................ ......................... .......................... .......................... ...................... .........162 162   7.1.2. Le matériel dans les armoires BT..................................................................163   7.2. PROTECTIONS DES CIRCUITS BT DE DISTRIBUTION .............. ........................... ...................... .........167 167  7.2.1. Fusi Fusibles bles............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............168 .168  7.2.2. Disjoncteurs...................................................................................................173  7.2.3. Relais thermique/magnétique.......................................................................182  7.2.4. PROTECTION DU PERSONNEL PERSONNEL EN TABLE TABLEAU AU / RESEA RESEAU U BT ................... ............. ......183 183  7.2.5. Contrôleur permanent d’isolement : le CPI....................................................183  7.2.6. Protection différentielle..................................................................................186  7.3. CIRCU CIRCUITS ITS DE DISTRIBUTIO DISTRIBUTION N .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... .....................192 .........192  7.3.1. Normal / Secours...........................................................................................193  7.3.2. Secours / Essentiel........................................................................................194  7.3.3. Circuits secourus en permanence ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ..............195 .195   7.4. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............196 ..196  8. LA SECURITE EN ELECTRICITE ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ................ ...198 198  8.1.1. Code des couleurs couleurs .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ......................199 ..........199  8.1.2. Code d’enf d’enfichag ichage e ............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .....................200 .........200  8.1.3. Gamme courant par gamme de tension ........................ ........... ......................... ......................... .................... .......203 203  8.1.4. Protection des prises de courant (sockets)....................................................204  8.1.5. Enfichage / désenfichage des prises de courant (sockets)............................206   8.2. RACCORDEMENTS RACCORDEMENTS ELECTRIQUES MOBILES / TEMPORAIRES .............. ..................... .......207 207  8.3. LA SÉCURITÉ « A LA MAISON ».........................................................................209   8.3.1. Rappel – protection des personnes :.............................................................210  8.3.2. Tableau de distribution ‘abonné’....................................................................212  8.3.3. Installation électrique en salle de bains.........................................................213  8.3.4. Les prises de courant de la maison :.............................................................216   Circuits Circu its de terre....................... ........... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..............218 ...218 8.4.8.3.5. EXERC EXERCICES ICES ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............220 ..220   Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 4 de 230

 

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  9. GLOSS GLOSSAIRE AIRE.......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .....................222 ..........222  10. SOMMAIRE DES FIGURES......................................................................................223  11. SOMMAIRE SOMMAIRE DES TABL TABLES ES ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...................230 .......230 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 5 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

1. OBJECTIFS Le but de ce cours est de permettre à un futur opérateur de comprendre les bases de l’électricité sur un site industriel à dominance pétrolière. En fin de cours, dans le domaine électrique, le participant devra être capable de : Expliciter l’origine de l’électricité, les différents effets et propriétés de l’électricité Nommer, interpréter les formules et unités de base en électricité Reconnaître les termes et symboles utilisés Comprendre et analyser tout schéma et plan électrique Différencier les différents niveaux de tension et courant Identifier le matériel correspondant à une représentation ou identification donnée Identifier les armoires et appareils d’un poste haute tension Identifier les armoires et appareils d’une distribution basse tension Reconnaître les différents câbles de distribution Interpréter les règlements de sécurité en électricité Connaître le matériel électrique de sécurité à employer suivant les cas  Analyser, interpréter un déclenchement, déclenchement, un dysfonctionnement d’ordre électrique électrique Interpréter une consignation électrique pour travaux

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 6 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2. L’ORIGINE DE L’ELECTRICITE La fée électricité est présente tout autour de nous. Comment pourrions nous envisager maintenant notre univers quotidien sans sa présence ? Figure 1: La fée électricité Le terme ‘fée électricité’ implique une certaine ‘magie’ que nous ne pouvons admettre avec notre esprit, notre raisonnement cartésien. Nous sommes dans le domaine ‘technique’, l’électricité se doit d’avoir une origine d’ordre scientifique. C’est l’aimant le « responsable », ou tout au moins, « l’aimantation l’ aimantation » ou encore le « champ magnétique » créé par un aimant. Sans ce champ magnétique, pas de production d’électricité, pas d’énergie électrique. Figure 2: L’aimant Dans ‘l’autre sens’, lorsque que l’on dispose d’électricité, l’on peut générer une énergie électromagnétique qui actionne tous nos engins modernes, mais au départ, une induction (un champ) magnétique est nécessaire et ce, à partie d’aimant.

2.1. LA « PETITE HISTOIRE » Comment tout cela a-t-il commencé? Un grand nombre de légendes relatent la découverte de l'aimant. L'une des plus courantes remonte à quelque 4000 ans. Un vieux berger nommé Magnès faisait paître ses moutons dans une région au nord de la Grèce, appelée la Magnésie, et on dit que les clous dans ses souliers et la pointe en métal de sa houlette se collèrent à un gros rocher noir sur lequel il se tenait debout. Ce type de roc fût appelé par la suite magnétite, dérivé du nom Magnésie ou de Magnès. Dès le premier siècle avant Jésus-Christ, le magnétisme est mentionné dans les écrits de Lucrèce et les pouvoirs magiques de la magnétite sont décrits dans ceux de Pline l'Ancien. Pendant de nombreuses années à la suite de sa découverte, la magnétite s'est voilée de superstitions et on croyait qu'ellelespossédait pouvoirs magiques, la capacité guérir les malades, de chasser mauvais des esprits et même d'attirercomme et de dissoudre lesde Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 7 de 230

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    navires en fer! Contrairement à l'ambre (résine d'arbre, fossilisée), la magnétite a la propriété d'attirer les objets sans être frottée au préalable.

La magnétite prenait donc une dimension beaucoup plus magique. On s'est vite rendu r endu compte que la magnétite non seulement attirait les objets de fer, mais, présentée sous la forme d'une aiguille et flottant sur l'eau, pointait toujours en direction nord-sud, créant ainsi une boussole primitive.

utilisationss des aimants? 2.1.1. Quelles sont les utilisation La découverte des aimants a été très importante car ils sont utilisés dans la fabrication des moteurs électriques et des générateurs. Sans électricité, il n'y aurait pas de téléphones, d'éclairage ni de chauffage électrique, d'ordinateurs ou de télévisions

2.1.2. Quels scientifiques nous ont aidé à comprendre les aimants?  est le premier à constater que la terre est un aimant géant et que les William Gilbert  est aimants peuvent être fabriqués en martelant le fer forgé. Il découvre aussi que ce magnétisme induit se perd si le fer est chauffé. En 1820, Hans Christian Øersted établit pour la première fois (lors d'un exposé public) qu'il existe un rapport entre l'électricité et le magnétisme

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 8 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

2.2. MAGNETISME ET COURANT ELECTRIQUE Qu'est-ce qu'un aimant?  Les aimants peuvent être fabriqués en plaçant un matériau magnétique, comme le fer ou l'acier, dans un champ magnétique puissant. Des aimants permanents, des aimants temporaires et des électroaimants peuvent être fabriqués de cette façon. Il n’y a pas de forme déterminée pour un aimant. Il peut être sous forme de barres, de prisme, de cylindre, de fer à cheval (la représentation bien connue), de couteau, de fourchette (mais si, testez donc votre batterie de cuisine), etc….. , du moment que le matériau admet et conserve le magnétisme.

2.2.1. Champ de force magnétique La zone de force (champ magnétique) entourant une pièce de magnétite ou un aimant droit peut être représentée (visualisée) par les lignes de force  illustrées ci-contre. Figure 3: Les lignes de force d’un champ magnétique

Bien que ces lignes ne soient pas plus réelles que les lignes de latitude et de longitude que l'on retrouve sur une carte géographique ou un globe terrestre Figure 4: Les lignes de latitude et longitude Les lignes de champ sont tridimensionnelles t ridimensionnelles autour d'une barre magnétique sur tous les côtés.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 9 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.2.2. L’aimant L’aimant attire tout ce qui est métal ferreux en concentrant cette attraction à ses extrémités. Par analogie avec la terre, qui est un « gros aimant », les extrémités d’un aimant ont été baptisées les  pôles  ‘pôles’ Figure 5: Les pôles d'un aimant

2.2.2.1. Particularité des pôles : Lorsque les pôles opposés d'un aimant sont rapprochés, les lignes de champ s'épousent et les aimants s'attirent  ensemble Figure 6: Attraction entre aimants Lorsque les mêmes pôles d'un aimant sont rapprochés, les lignes de champ s'éloignent les unes des autres et les aimants se repoussent mutuellement Figure 7: Répulsion entre aimants

2.2.2.2. Application à la boussole boussole Comment fonctionne une boussole?  Les extrémités nord et sud de la Terre s'appellent le pôle nord et le pôle sud. Puisque la Terre a un noyau composé de fer et de nickel elle se comporte comme un aimant. Les pôles magnétiques de la Terre sont situés près des pôles géographiques 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 10 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  L'aiguille d'une boussole est aussi un aimant et possède un pôle nord et un pôle sud. Le pôle de l'aiguille identifié par un « N » est attiré par le nord et il indique toujours le nord magnétique de la Terre de même que l'autre extrémité de l’aiguille (identifiée par un « S ») est attirée par le sud et pointe toujours vers le pôle sud magnétique de la Terre. N W NW

SW

S

N SE

E

Figure 8: La boussole

NE

La Terre elle-même agit comme un aimant, avec ses deux pôles et son vaste champ magnétique. A certains endroits de la surface de la Terre, la force magnétique est plus grande qu'à d'autres. S

N

De plus, la force magnétique varie avec le passage de la lune autour de la Terre. La position des pôles magnétiques varie aussi légèrement d'année en année. Le pôle nord magnétique et le pôle nord géographique ne coïncident pas. 

2.2.2.3. L’aimant permanent Certaines sortes d'alliages comme l'alnico (un alliage d'aluminium, de nickel, de fer, de cobalt), font d'excellents aimants permanents. Figure 9: L’aimant permanent Les ferrites (matériaux ressemblant à la céramique fabriqués en oxyde de fer avec du nickel et du cobalt) font aussi d'excellents aimants permanents.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Tacks

Page 11 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

2.2.2.4. L’aimant temporaire Le fer doux et certains alliages de fer, comme le permalloy, (un mélange de fer et de nickel) peuvent être magnétisés très facilement, même dans un champ magnétique faible. Cependant, dès qu'on enlève le champ, le magnétisme disparaît. Ces matériaux font d'excellents aimants temporaires dont on se sert notamment pour la fabrication des téléphones et des moteurs électriques.

2.1.5 L’électromagnétisme : l’inducti l’induction on  2.2.2.5. L’expérience d’Oersted

Compass needle

  Figure 10: L'expérience d'Oersted   En 1819 le savant danois Hans Christian Oersted découvrit qu'un conducteur rectiligne parcouru par un courant électrique produisait dans l’air ambiant un champ magnétique capable de faire dévier l'aiguille d'une boussole. Ce champ magnétique n’est pas matériel, c’est plutôt une zone d’influence de ce courant sur d’autres courants et aimants. Le champ magnétique est d'autant plus fort que l'intensité du courant est importante et que la ligne de force est proche du conducteur. L'induction magnétique pouvait dès lors être définie avec l’unité « Tesla » et les formules …..(  …..( pour l’électricien), l’électricien), et c’est le paragraphe suivant : l’induction magnétique

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 12 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.2.2.6. L’induction magnétique

Figure 11: La règle du tire bouchon  L’induction magnétique ‘B’ ‘B’ est orientée selon la règle « du tire-bouchon », elle est perpendiculaire au conducteur. Si cette induction se produit pour un conducteur rectiligne, qu’en est-il pour un conducteur en ‘spire’ et en une série de spire (soit une bobine ou une solénoïde) : : 

S

(a)

(b) Figure 12: L'induction pour un conducteur en "spire"  

 

L’induction est plus forte en (a) mais plus forte en (b) et encore plus forte si l’on augmente le nombre de spires.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 13 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  2.2.2.7. L’électroaimant On fabrique les électroaimants en plaçant un noyau métallique (habituellement un alliage de fer) à l'intérieur d'une bobine de

Soft iron core S

fil porteuse d'un courant l'électricité électrique. En passant dans la bobine, produit un champ magnétique dont la puissance dépend de l'intensité du courant électrique et du nombre d'enroulement de fil, et la polarité dépend de la direction du flux.

N

Figure 13: L'électroaimant  Au passage du courant, le noyau noyau se comporte comme un aimant, mais en coupant le courant, les propriétés magnétiques disparaissent. Une bobine entourant un barreau ferromagnétique se comporte comme un aimant lorsqu'il est parcouru par un courant. C'est le principe des électro-aimants qui activent les électrovannes (solénoïdes) et les relais. Le noyau ferromagnétique, mobile se déplace selon le sens du courant et le principe de la figure.

Figure 14: Noyau ferromagnétique

2.2.3. L’électromagnétisme : la force électromagnétique électromagnétique Et si l’on combine 2 aimants, ou 2 bobines électromagnétiques ou un aimant + une bobine ? Un conducteur dans lequel circule un courant électrique, placé dans un champ magnétique, est soumis à une force. Celle-ci est perpendiculaire à la direction du courant et à celle du champ magnétique.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 14 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 15: Force électromagnétique et règle des trois doigts de la main droite  Avec ‘I’ sens du courant électrique, électrique, ‘B’ la direction du champ magnétique (l’induction) (l’induction) et ‘F’ la direction de la force (la poussée ou le déplacement). Lorsqu'un conducteur parcouru par un courant se trouve dans une région de l'espace où règne un champ magnétique, il est soumis à une force électromagnétique, perpendiculaire à la fois au conducteur et au champ. Cette force est parfois appelée force de Laplace, même si cette interaction de deux courants par  l'intermédiaire du champ magnétique a été décrite par le savant français  André Marie Ampère en 1820.  D’une importance capitale, ce phénomène est à la base du fonctionnement des moteurs, des haut-parleurs, d’un grand nombre d’appareils de mesure, des contacteurs, etc. L’action de deux champs magnétiques ou électromagnétiques créent une force engendrant un mouvement, et si maintenant l’on associe une force (un mouvement) avec un champ magnétique…., l’on passe au chapitre suivant.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 15 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.3. GENERATION DU COURANT ALTERNATIF 2.3.1. Tension induite Un circuit électrique, soumis à un flux magnétique variable, est le siège d’une tension induite.  Le flux magnétique Φ en Weber (Wb) exprime la quantité d’induction magnétique interceptée par un circuit électrique. 

Figure 16: Tension induite Une tension induite ui(t) peut être modélisée par une source idéale de tension. Si l’on ferme le circuit, par exemple sur une résistance R , un courant i(t) se met à circuler. Il en résulte que la tension induite peut être produite en variant l’induction magnétique, la surface du circuit électrique, l’angle formé entre eux, ou toute combinaison de ces actions.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 16 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.3.2. Principe du générateur CA

N

I

S

  Figure 17: Simple générateur CA Si l’on fait pivoter une spire dans un champ magnétique, une tension induite apparaît à ses bornes. En effet, on fait ainsi varier l’angle α   entre le plan de la spire et l’induction magnétique. Plus la rotation est rapide, moins il faut de temps pour faire passer cos α de 1 à -1 et réciproquement. L’amplitude de la tension induite ainsi créée est proportionnelle à l’induction magnétique et à la vitesse de rotation de la spire. Figure 18: Générateur CA

C’est le principe de l’alternateur et pour comprendre la forme sinusoïdale, voyez les schémas suivants.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 17 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

M  N

S

I

N

M' 

M 

S

M' 

i=

i=0

(a)

(b)

M 

M  N

N

S

I

M' 

 

S

M' 

i=  c

i=0 (d

 

Figure 19: Production de courant alternatif La bobine est en mouvement (en rotation) dans le sens inverse des aiguilles d’une montre De (a) à (b) de 90° De (b) à (c) de 90° De (c) à (d) de 90° De (d) à (a) de 90°

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 18 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.3.3. La dynamo de « vélo » La dynamo de « vélo » est un générateur de courant alternatif , de forme sinusoïdale, avec un aimant (permanent) créant une ‘fem’ dans une bobine « périphérique ». Le terme « dynamo » doit s’appliquer en principe à un générateur de courant continu, c’est donc une erreur d’utiliser ce terme pour l’alternateur équipant un « vélo ». Mais puisque cette appellation a été vulgarisée pour équiper nos cycles, spécifions simplement ‘dynamo de vélo’. La tension produ produite ite s’appelle indistinctement indistinctement ‘e’ ou ‘U’, ‘V’, ‘v’ , ‘u’, ‘E’, etc… Sur la figure ci-dessous, 2 bobines ont été représentées (en série) mais une seule peut très bien ‘faire l’affaire’.

V

 Axe Sin α 

V α 

N

Cos α 

S V = e = emf = U Figure 20: La dynamo de vélo

Figure 21: Sinusoïde Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 19 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  En faisant tourner l’aimant, la valeur ‘U’ à l’instant ‘t’ représente représente exactement la valeur du sinus de l’angle de positionnement ( α) de l’aimant. Pour une rotation complète de 360 deg, une sinusoïde s’est formée, c’est une « alternance ». U (à l’instant ‘t’) = U sin α 

2.3.4. Générateur CA triphasé Principe des génératrices (ou moteurs) triphasées :  Au lieu d’une seule bobine « périphérique périphérique », plaçons en trois à 120°, et ainsi les 3 électroaimants du stator produisent 3 sinusoïdes (ou 3 alternances) lorsque l’aimant ‘central’ entre en rotation. Figure 22: Principe génération courant alternatif triphasé Sur le schéma, la fem induite sera maximale dans la bobine du haut et moindre et inverse dans les 2 autres bobines.

U Z  Y

Figure 23: Principe de construction d'une génératrice triphasée

N O

W S

V

X

24:: Représentation du bobinage d’un stator Figure 24

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 20 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.4. GENERATION DU COURANT CONTINU Une génératrice à courant continu et un moteur à courant continu sont exactement les mêmes machines, il n’y a aucune différence. La génératrice produit du courant si on l’entraîne en rotation et la même machine alimentée en courant continu devient un moteur. Les machines à courant continu ont été les premières en utilisation à l’avènement de l’ère électrique. Bien que plus simple techniquement et moins onéreuse en fabrication, la machine à courant alternatif n’a pas été utilisée de suite car moins souple et avec un moindre rendement (au départ). Il a fallu attendre les progrès de la technologie et la deuxième moitié du 20ème siècle pour voir la machine à cou courant rant alternatif supplanter (presque) totalement la machine à courant continu

2.4.1. Principe du générateur CC Soit la même spire que pour le générateur CA, tournant dans un champ magnétique mais si pour le ‘CA’ il y a 2 bagues sur lesquelles les balais (en graphite) de la partie fixe (le stator) ’collectent ‘ le courant, pour le CC, il y a 1 bague que l’on a divisée en 2 lames de collecteurs (en cuivre, sur le rotor) Figure 25: Principe du générateur CC

La fonction de commutation est essentielle. Chaque côté d’une qui tourne sur son axe passe devantspire un pôle nord, puis devant un pôle sud, et ainsi de suite.

N

S Figure 26: Générateur CC simple De ce fait, l’induction magnétique interceptée par la spire change de sens régulièrement, en fonction de la position angulaire du rotor.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 21 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  +e

TIME

Pour éviter que le couple produit par la force électromagnétique  ne s’inverse au même rythme, il faut régulièrement inverser le courant dans la spire, ce que réalise le collecteur. Figure 27: fem produit par une génératrice CC

-e

Le couple produit par le passage du courant dans une spire serait approximativement sinusoïdal sans la présence du collecteur. Il prend l’allure d’une sinusoïde redressée  grâce au collecteur. Figure 28: Sinusoïde redressée Ces pulsations sont cependant gênantes.  Aussi les machines à courant courant continu sont équipés de plusieurs spires, chacune reliée à une paire de lames sur le collecteur. La figure ci-contre illustre l’effet de lissage du couple réalisé en passant de 1 à 2 spires au rotor, donc de 2 à 4 lames au collecteur. Figure 29: Effet du lisage du couple Sur ce montage avec champ magnétique du stator créé par électroaimant, il y a 6 spires (ou 6 bobinages) au rotor. Le courant et la tension générés sont en conséquence conséquence 6 fois plus lissés avec autant de paires de lames de collecteur (split-ring commutator) qu’il y a de spires.

+

+

+ + + +

Figure 30: Rotor avec 6 bobinages Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 22 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 31: Composition d'une machine CC Pour mieux lisser le couple électromagnétique, les machines à courant continu sont réalisés avec un grand nombre de spires et de lames.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 23 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2.4.2. Différents types de machines CC 2.4.2.1. Machine à aimants permanents C’est le type vu dans le principe du paragraphe ci-dessus L’on trouve des génératrices de courant continu à aimants permanents en tant qu’excitatrice d’alternateur triphasé.

2.4.2.2. Les autres machines Trois types existent correspondant au type du câblage entre rotor et stator : Machine « Shunt » Machine « Série » Machine « Compound » L’avantage général de la machine à CC est la souplesse en fonction de la vitesse. Une génératrice CC pourra fournir la même tension dans une grande gamme de vitesse, il suffit de moduler le courant dans les « inducteurs » du stator Un moteur CC a en très grande étendue de vitesse en variant le courant soit dans « l’induit », soit dans les inducteurs (ou l’armature), soit dans les deux.

Machines « Shunt » Le stator et le rotor sont câblés en parallèle. Le moteur  shunt  shunt produit un couple constant quel que soit sa vitesse Figure 32: Machine "Shunt"

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 24 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

N

S S

Figure 33: Câblage shunt d'une machine CC

 

Machines « Série» : Le stator et le rotor sont câblés en série. Le moteur série produit un couple important et particulièrement à faible vitesse Figure 34: Machine "Série"

Armature

S

N

Figure 35: Câblage « Série » d’une machine CC

Field winding Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 25 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Machines « Compound» :  Combinaison du Shunt et du Série, les inducteurs étant câblés une partie en série et une autre en parallèle avec l’induit.  Avantages combinés pour pour le moteur qui est le plus employé des 3. Vous le trouverez entraînant les pompes huile et, eau de refroidissement d’un générateur. Figure 36: Machine "Compound"

2.5. EXERCICES 1. Un aimant est articulé en rotation, on approche approche un deuxième deuxième aimant dans le sens sens de la flèche. Que fait l’aimant articulé? 

? N N S

S  Il

tourne dans le sens des aiguilles d’une montre

 Il

tourne dans l’autre sens

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 26 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  2. Un aimant est articulé en rotation, on approche approche un deuxième deuxième aimant ans le sens sens de la flèche. Que fait l’aimant articulé? 

? N S S  N  Il

tourne dans le sens des aiguilles d’une montre

 Il

tourne dans l’autre sens 

3. Dans quel type de matériau sont les « tacks » (clous) de la figure ci-dessus ci-dessus ?

Tacks

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 27 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

      4. A quel type d’appareil d’appareil électrique vous fait penser cette figure ci-contre ?

5. Soit une bobine bobine articulée dans un champ magnétique magnétique permanent. Si cette bobine est parcourue par un courant continu pouvant varier en intensité, à quel appareil ce schéma peut-il s’apparenter ?  Moteur

N

électrique

 Solénoïde

S

N

 Voltmètre

S

 Transformateur  Relais

6. La tension à l’instant ‘t’ de 3 bobines bobines à 120 deg. est représentée sur sur le graphique cidessous. Si u1 = 1 Volt à cet instant ‘t’, ‘t’ , quelle est la valeur u2 et u3 au même instant ‘t’. Aidez vous du graphique ci après pour les 3 alternances alternances produites u = f (t) Sin α

u1

u2

1 Volt

u3

1 Volt

U2 = ………….. U3 = …………..

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 28 de 230

 

      7. Si une alternance du graphique ci-contre est la représentation d’un voltage en 50Hz, quelle est la valeur (en temps) de l’alternance ‘T’ ?

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

T = ……………

8 Pour la “dynamo de vélo” quand j’effectue une rotation de 1 tour durant 1 seconde seconde  je produis une tension induite à la fréquence fréquence de 1 hertz.  hertz. 

8.1 Combien de révolutions par seconde sont nécessaires pour avoir 50 Hz ?

8.2 La vitesse des machines tournantes s’exprime en RPM (Révolution Par Minute), à quelle vitesse doit tourner la machine en rpm pour avoir du 50 Hz ?

8.3 À quelle vitesse doit tourner la machine en rpm pour avoir du 60 Hz ?

8.4 L’aimant central en rotation s’appelle :  Stator  Rotor

8.5 Les bobines captant l’énergie induite (en périphérie) sont dans le :  Stator

 Rotor

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 29 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3. THEORIE, SYMBOLES ET PLANS EN ELECTRICITE 3.1. SYMBOLES ET UNITES Source : Bernard Schneider et Alain Beuret, 2003 à 2006  

3.1.1. Les unités SI de base L’étude quantitative des formules obtenues par le physicien ou l’ingénieur suppose l’emploi d’un système cohérent d’unités. Le système international d’unités – en abrégé SI – est le système universellement adopté dans le domaine de l’électricité. Il repose sur sept unités de base et deux unités géométriques supplémentaires présentées dans la table suivante. Grandeurs Nom

Unités SI

Remarque

Symbole

Nom

Symbole

l, d  x , y,…

mètre

m

Masse

m

kilogramme

kg

Temps

t

seconde

s

Intensité de courant électrique

 I i

ampère

A

Température thermodynamique

T

kelvin

K

Quantité de matière

n

mole

mol

Intensité lumineuse

 Iv

candela

cd

α  ,  β  , γ  ,..

radian

rad

Ω  

stéradian

sr

Longueur

angle plan angle solide

ne pas confondre avec le poids

2π (rad) = 1 tour complet

Table 1: Les unités de base

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 30 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.1.2. Les unités SI dérivées Toutes les autres unités sont dérivées de ces unités de base, sur la base de lois naturelles et de relations géométriques. Une liste des principales grandeurs et unités dérivées utilisées en électricité est donnée dans la table suivante. Grandeurs Nom Force Couple (moment d’une force) Énergie, travail

Unités SI dérivées

Relations entre unités

Symbole

Nom

Symbole

F

Newton

N

newton-mètre

Nm

 joule

J

1 J = 1 Nm = 1 W s

watt

W

1 W = 1 J/s = 1 V A

var

1 var = 1 V A

M T E W

1 N = 1 kg m/s² = 1 W s/m

Puissance (puissance active)

P

Puissance réactive

Q

Puissance apparente apparente

S

réactif voltampère

VA

Pression

P

pascal

Pa

1 Pa = 1 N/m²

Charge électrique

Q

coulomb

C

1C=1As

Tension, différence de potentiel

U u

volt

V

1 V = 1 W/A = 1 J/C

Résistance électrique

R

ohm

Ω 

1 Ω = 1 V/A

Capacité électrique

C

farad

F

1 F = 1 C/V = 1 A s/A

Inductance

L

henry

H

1 H = 1 Wb/A = 1 V s/A

Fréquence

 ƒ   

hertz

Hz

1 Hz = 1 s-1 

Pulsation

ω  

radian/seconde

rad s-1 

Flux magnétique

Φ  

weber

Wb

Induction magnétique

B

tesla

T

Champ magnétique

H

ampère/mètre

A/m

Champ électrique

E

volt/mètre

V/m

voltampère

ω = 2π f 1 Wb = 1 V s 1 T = 1 Wb / m²

Table 2: Les unités SI dérivées Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 31 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.1.3. Les préfixes La grande trouvaille du système métrique proposé lors de la révolution française fut d’appondre des préfixe aux unités, correspondant à des multiples et sous-multiples en base 10 de l’unité.  Ainsi, une distance ci-dessus s’exprime ci-dessus enetkilo abrégé km ». Ce correspond à une multiplication par 1000, onmètre, dira que cette «distance estpréfixe de 37,2 km par exemple. De la même manière, pour une mine d’un crayon dont le diamètre mesure 0,002 m ou 2 · 10-3 m, on utilisera plutôt un sous-multiple du mètre, soit le millimètre, abrégé « mm », correspondant à un sous multiple de 1000, et ce diamètre vaut ainsi 2 mm. Il en va de même et de manière systématique pour toutes les unités SI, et pour des rapports beaucoup plus importants. Pour former les noms et les symboles des multiples et sous-multiples décimaux des unités SI, on utilise les préfixes donnés à la table suivante. Facteur

Préfixe

Exemple

Nom

Symbole

1012 

téra

T

1 TJ = 1012 J

109 

giga

G

1 GHz = 109 Hz

106 

méga

M

1 MW = 106W

103 

kilo

k

1kΩ = 103 Ω 

102 

hecto

h

1 hm = 100 m

10  

déci

d

1 dl = 0,1 l

10-2 

centi

c

1 cm = 0,01 m

10-3 

milli

m

1 mA = 10-3 A

10-6 

micro

µ 

1 µH = 10-6 H

10-9 

nano

n

1 ns = 10-9 s

10-12 

pico

p

1 pF = 10-12 F

-1

Table 3: Les préfixes Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 32 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.1.4. Règles de l’écriture des unités L’utilisation des unités dans les textes techniques est régie par des règles orthographiques très strictes, définies par l’ISO (Organisation internationale de normalisation, en anglais International Organization for  Standardization Standardization), ), en particulier dans le choix majuscule / minuscule, de la ponctuation et du pluriel : Les symboles ne sont pas suivis du point habituel des abréviations en langue française. On écrira ainsi : « la distance d vaut 12 m ». Lorsque son nom est écrit en toutes lettres, l’unité reste invariable. On écrira ainsi : « Ce moteur a une puissance de 850 watt », donc sans le « s » du pluriel. Toutefois, dans les textes moins techniques, la règle de grammaire française reprend le dessus : « Ce bateau mesure 12 mètres », avec le « s » final.

3.1.5. Unités techniques « hors normes » Certaines unités antérieures au système système SI sont toujours en usage, sou souvent vent par habitude, parfois parce que l’équivalent SI n’est pas aussi « pratique ». Grandeurs

Distance

Volume

 Angle

Unité Nom

Symbole

 Ångström

Å

1 Å = 0,1 nm = 0,1 10-9 m 1 mille nautique = 1852 m. Ne pas confondre avec le mile « terrestre » britannique = 1609,3 m.

Mille nautique

1 a.l. = 9,46 10 1015 m

 Année lumière lumière

a.l.

litre

lt

1 lt = 1 dm3  = 0,001 m3 

Degré

°

1 tour = 360° = 6,28 rad

Minute

‘

1’ = 60’’

Seconde

‘’

60’’ = 1’

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Relations entre unités

Page 33 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Temps

Minute

min

Heure

h

1 h = 60 min = 3600 s

Jour

j

1 j = 24 h

Kilomètre à l’heure

Km/h

Vitesse

Vitesse angulaire

Tour par minute

t / min r / min rpm

Masse

Tonne

t

Force

Kilo ponde

kp

Puissance

1 m/s = 3,6 km/h 1 nœud = 1 mille nautique / h = 1,852 km/h = 0,5144 m/s

Noeud

Énergie

1 min = 60 s

1 s-1 = 1 tour/s = 60 t/min 3000 t/min * π / 30 ≈ 314 rad/s 1 t = 1000 kg 1 kp = 9,81 N

Calorie

cal

C’est le poids d’une masse de 1 kg sur terre 1 cal = 4,1868 J Chauffe 1 g d’eau de 1 °C

Grande calorie ou kilocalorie

Cal

1 Cal = 1 kCal = 1000 cal

Kilowattheure

kWh

1 kWh = 3,6 106 J

Cheval vapeur

CV

1 CV = 735 W

Bar

bar

1 bar = 100.000 Pa = 1 hPa

Kilo par cm carré

kp/cm²

1 kg/cm² = 9,81 N/cm² = 98.000 Pa ≈ 1 hPa

 Atmosphère

atm

1 atm = 1,03 kp/cm² = 1,01325 hPa ≈ 1 hPa

Degré Celsius

°C

Différence de température : 1 °C = 1 °K Référence : 0 °C = 273,16 °K

Pression

Température

Table 4: Unités techniques « hors normes »

3.1.6. Unités anglo-saxonn anglo-saxonnes es Même les milieux scientifiques anglo-saxons ont une grande peine à utiliser le système SI, et utilisent toujours les unités britanniques, voire des unités spécifiquement américaines. Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 34 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Elles se distinguent par le fait que les unités de longueur, de masse, et bien d’autres sont basées sur les multiples 12, 16 et bien d’autres. Par exemple, 1 mille équivaut à 5 280 pied ; 3 pieds équivalent à 12 pouces. Le métier d’ingénieur étant souvent très international, il convient de connaître au moins l’existence des unités du tableau suivant : Grandeurs

Nom de l’unité En français

Longueur

Relations entre unités

In English

Symbole

mil

mil ‘’ in ‘ ft

1 mil = 0,001’’ = 25,4 µm

Pouce

Inch

Pied

Foot

Mille

(statute) mile

1 mile = 5280’ = 1609,3 m

Mille marin

(nautical) mile

1 mile = 1852 m

Gallon impérial

Impérial gallon

UK gal

1 UK gal = 4,546 dm3 

Gallon US

US gallon

US gal

1 US gal = 3,79 dm3 

Once

Ounce

oz

1 oz = 28,35 g

Livre

Pound

lb

1 lb = 16 oz = 0,4536 kg

Ton

ton

1 ton = 2240 lb = 1061,1 kg

Pound / square inch British thermal unit

lb/in² psi

1 lb/in² = 70,3 g/cm² = 6,8948 kPa

BTU

1 BTU = 252 kJ

Livre-pouce

Pound-inch

lb-in

1 lb-in = 0,113 Nm

Livre-pied

Pound-foot

lb-ft

1 lb-ft = 1,35582 Nm

Cheval

Horse power

hp

1 hp = 42,41 BTU/min = 745,7 W

Degré Fahrenheit

Fahrenheit

°F

1 °F = 5/9 °C ≅ 0,56 °C 0 … 100 °C correspond à 32 … 212 °F

1’’ = 25,4 mm 1’ = 12’’ = 30,48 cm

Volume

Masse

Pression

Livre / pouce²

Energie Couple (*)

Puissance Température

(*) : Lors de la conversion du couple, il y a lieu de tenir compte de l’accélération terrestre g = 9,8065 m/s², car la livre livre est une unité unité de masse masse et non de force. force. Ainsi, Ainsi, 1 lb-ft = 0,13831 0,13831 kgp m. Et en système SI : 1 cheval vapeur (CV) = 735 W (ou 736 W) quand 1 horse power (HP) = 746 W

Table 5: Unités anglo-saxonnes Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 35 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.2. GRANDEURS DE BASE EN ELECTRICITE(COURANT CONTINU) Source : Bernard Schneider et Alain Beuret, 2003 à 2006 (partiel)

P = U I cosφ  420 µV

??

mV 60 MVA 16 mA 25 MW 250 KWH 350 Régler le déphasage

450 A

Cos φ 0.91

35 KVAR

??

Q = U I sinφ 

Le but n’est pas de faire d’un opérateur un électricien, mais un opérateur qui relève r elève l’énergie consommée sur son site se doit de comprendre « un minimum » quant aux puissances ‘active’, ‘réactive’ , leur liens avec l’intensité, la tension, le cos φ, etc… Vous vous devez de, sinon maîtriser, tout au moins comprendre les termes et les formules pour pouvoir en discuter avec « d’autres » personnes et plus simplement de comprendre les relevés que vous pourriez faire. Vous connaissez les unités générales, les principales que vous rencontrerez dans le le domaine électrique sont les suivantes :

3.2.1. Courant électrique Définition : L’ intensité intensité i du courant électrique est la mesure du mouvement d’ensemble des électrons libres dans un conducteur, résultant d’une différence de potentiel. L’unité de mesure de l’intensité de courant est l’ampère [A]. Une intensité de 1 ampère correspond au passage d’une charge de 1 coulomb chaque seconde à travers t ravers la section de conducteur observé. i (t ) =

∆Q(t )

 

∆t 

⎡ C ⎤ = [ A]   ⎢⎣ s ⎥⎦

Convention d’écriture : Lorsque la valeur du courant varie au cours du temps, il est d’usage d’utiliser la lettre minuscule « i ».  Lorsqu’un courant est constant, il est d’usage d’utiliser la lettre majuscule « I ».  Cette convention est aussi utilisée pour d’autres grandeurs physiques. 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 36 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Convention de signe : Un courant positif est celui qui s’établit entre la borne positive et la borne négative d’un générateur lorsqu’un conducteur y est connecté. Il faut relever que ce sens conventionnel du courant, qui a été choisi arbitrairement avant l’établissement de la théorie électronique du courant électrique, est l’inverse du sens de déplacement des électrons dans le circuit externe mais dans le sens des ions dans l’électrolyte. Figure 37: Sens conventionnel du courant et le sens de déplacement des électrons

3.2.2. Tension et différence de potentiel Définition : On dit qu’il existe une tension u entre deux bornes d’un appareil lorsqu’elles  présentent un manque (borne +), respectivement respectivement un excès (borne -) d’électrons d’électrons libres. La tension est appelée également différence de potentiel , ou force électromotrice (f.e.m.).  L’unité de mesure de tension est le volt [V].   Analogie entre une installation hydraulique hydraulique et un circuit électrique : La tension peut être comparée à la pression qui apparaît au bas de la conduite forcée d’un barrage hydraulique, juste avant la turbine. Cette pression existe même si la vanne d’admission est fermée. Figure 38: Analogie entre une installation hydraulique et un circuit électrique De la même manière, une tension électrique peut apparaître même si aucun courant ne circule.  Ainsi, comme le montre la figure ci-dessus, ci-dessus, la différence de pression hydrauliqu hydraulique e entre les points ‘A’ et ‘B’ de l’installation peut être comparée à la différence de tension électrique entre les bornes + et – de la source d’électricité.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 37 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le tableau ci-après résume cette analogie, et montre également une analogie thermique :  Électricité

Hydraulique

Conduction thermique

Potentiel Tension (différence de potentiel) Charge électrique disponible

Altitude Différence d’altitude

Température Écart de température

Quantité d’eau dans le lac

Energie thermique

Courant

Débit d’eau

Flux thermique

Résistance

Perte de charge

Résistance thermique

Table 6: Analogie entre l’électricité et l’hydraulique

Convention de signe : Le sens de représentation de la tension aux bornes d’un générateur est défini comme allant du pôle positif au pôle négatif. On la représente par une flèche orientée dans le même sens. Cette convention, qui est celle de la CEI (Commission Électrotechnique Internationale), est utilisée dans le monde entier (ou presque). Cette précision est indispensable car, dans les ouvrages édités en France, la flèche est orientée en sens inverse, et au Canada français, certains ouvrages utilisent une double-flèche. Figure 39: Sens de la tension Conclusion, tout le monde est d’accord pour le sens du courant, mais pour le sens d’indication de la tension, les français ne font pas comme tout le monde….

3.2.3. Loi d’Ohm, résistance (en courant continu) Loi d’Ohm : Le rapport de la tension électrique appliquée entre les extrémités d’un corps conducteur donné au courant qui le parcourt est un nombre constant.  En 1827, l’allemand Georg Simon Ohm publia sa découverte : En augmentant la tension, le courant augmente dans la même proportion. Il proposa la définition suivante : Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 38 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

Définition : La résistance R d’un corps conducteur est le rapport constant entre la tension appliquée à ce corps conducteur et le courant qui le parcourt. En l’honneur de son ‘découvreur’, l’unité de mesure de résistance est l’ohm [Ω]. Si l’on applique une tension de 1devolt à un corps dont la résistance est de 1 ohm, ce corps sera parcouru par un courant 1 ampère.  R =

u (t ) i (t )

⎡V ⎤ = [Ω]   ⎢⎣ A ⎥⎦

 

U = R . I Où R est la résistance en [ Ώ], u(t) la tension en [V] et i(t) le courant en [A]  Représentation graphique d’une résistance est selon la figure de gauche. On la trouve toutefois comme celle de droite qui est en fait plus le symbole de l’l’impédance impédance Résistances en série : R1

R2

R3

Rn

Rt Figure 40: Résistances en série La valeur de la résistance totale est la somme des valeurs ohmiques de chaque résistance Rt = R + R2 + R3 + ……….Rn

Résistances en parallèle : La valeur de la résistance résistance équivalente est égale à : 1 R1

R2

R3

Rn

 

Rt

+

1

 R1  R 2

+

1  R3

+ ..... +

1  Rn

=

1  Rt 

 

Figure 41: Résistances en parallèle

Note : la notion de résistance s’applique en couant continu. En courant alternatif, l’on appliquera le terme « impédance » ; voir plus loin dans le cours

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 39 de 230

 

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.2.4. Résistivité Les corps conducteurs de l’électricité opposent une résistance plus ou moins grande au passage du courant électrique et ce, en fonction de la valeur de leurs résistivités. a résistivité est le coefficient de proportionnalité qui apparaît entre les Définition : Ld’un dimensions conducteur (cylindre, prisme, fil …). et sa résistance. La résistance de ce conducteur est établie suivant la formule :  R =  ρ  ∗

1  A

 

m [Ω] = ⎡⎢Ωm ∗ ⎤⎥   m² ⎦ ⎣

Où R est la résistance du conducteur en [], l sa longueur en [m] et A sa section en [m2] La résistivité s’exprime en ohms par mètre La résistivité est une propriété qui varie avec la température du matériau, et cette variation est généralement non linéaire. Toutefois, pour les métaux utilisés dans la plage de température industrielle, une approximation linéaire est presque toujours suffisante. Passons outre quant aux corrections de température (avec lle e coefficient), ce n’est (pratiquement) jamais utilisé dans nos applications de base. Les matériaux qui ont des propriétés intéressantes pour la distribution électrique : Le cuivre est, hormis l’argent qui est beaucoup plus cher, le matériau qui présente la résistivité la plus faible. C’est la l a raison pour laquelle ce matériau est utilisé dans presque tous les appareils électriques ainsi que pour le transport de l’électricité. L’aluminium présente une résistivité plus élevée. Toutefois, ce matériau est environ 3 fois plus léger que le cuivre. Il est souvent utilisé à la place du cuivre pour cette raison. Le constantan, un alliage de cuivre et de nickel, présente une résistance plus élevée, mais un coefficient de température presque nul. C’est pourquoi il est utilisé, entre autre, pour les jauges de contraintes.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 40 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le tableau ci-dessous donne la résistivité et le coefficient de température de quelques matériaux à température ambiante.

Matériaux

Symbole

Résistivité à 20 °C [  m]

Coefficient de température à 20 °C [K-1] ou [°C-1]

Cuivre

Cu

17,5 10-9 

4 10-3 

 Aluminium

Al

28 10-9 

4 10-3 

Constantan

CuNi

500 10-9 

0,02 10-3 

 Argent

Ag

16 10-9 

4 10-3 

Platine

Pt

98 10-9 

4 10-3 

-9

-3

Or Fer

Au Fe

23 10   ~100 10-9 

4 10   6 10-3 

Carbone (graphite)

C

60.000 10-9 

~-0,3 10-3 

Eau pure

H2O

250 103 

Verre

1012 … 1018 

Nylon

50 109  12

PVC

100 10  

Table 7: Résistivité et cœfficient de température de quelques matériaux

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 41 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.2.5. Résistance (en tant que composant électrique pour éviter la confusion) La résistance n’est pas seulement une grandeur électrique que l’on peut mesurer. C’est aussi le nom des composants électriques dont la caractéristique principale est d’avoir une résistance déterminée. Paragraphe applicable en courants alternatif et continu   C’est pour contourner ce problème de la langue française que l’on parle également de la valeur ohmique d’une résistance, ce qui est plus clair que de dire « la résistance d’une résistance ». Remarquons que cette confusion existe également en allemand (der (der Widerstand, respectivement der Widerstandswert ), ), mais pas en anglais (this (this resistor has a resistance equal to 100 ). Ces composants sont fabriqués à l’aide de divers matériaux : constantan, platine, carbone, etc. Lorsqu’on souhaite réaliser un corps de chauffe, on utilise généralement du fil de constantan, bobiné autour d’un cylindre ou d’un support en céramique (isolant). En électronique, on utilise également des résistances à fil métallique bobiné, de très petites tailles, ou des résistances à masse de carbone. Figure 42: Différents composants électriques Vu la petite taille de la plupart de ces résistances, les électroniciens ont établi un code de couleurs permettant, par lecture d’anneaux en diverses couleurs, de déterminer leur valeur ohmique. Couleur Gris Or Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc

1er   chiffre

2ième  chiffre

Multi plicateur

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

100  101  102  103  104  105  106  107 

Tolé rance 10% 5% 1% 2%

Table 8: Code de couleurs des résistances Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

 

Page 42 de 230

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.2.6. Effet Joule (paragraphe applicable en courants alternatif et continu) Définition : On dénomme pertes Joule ou pertes ohmiques, l’énergie thermique  produite dans un conducteur conducteur par le passage d’un courant électrique. électrique. Loi de Joule : Joule : La puissance électrique transformée en chaleur par un courant circulant dans une résistance est proportionnelle au carré de ce courant, et à la valeur de cette résistance. P(t ) =    R × I (t )²  

[Ω ⋅ A² ] = [W ]  

P = R   × I ²  

Où P(t) est la puissance en [W],  R la résistance en [ Ω ] et i(t) le courant électrique en [A]  

3.2.7. Puissance électrique Si, dansen la 3.2.3.), formuleon ci-dessus, on remplace le rapport de la tension et du courant (loi d’Ohm, obtient une équation  R quipar permet de calculer la puissance directement à partir de la tension électrique et du courant : P(t ) =  u (t ) × i(t )  

[V ] ×  [ A] = [W ]  

P =  U  × I  

Où P(t) est la puissance en [W], u(t) la tension en [V] et i(t) le courant en [A]   Cette équation peut être généralisée à n’importe quel circuit électrique reliant 2 bornes A et B (schéma ci-dessous). Figure 43: Circuit électrique En vertu de la loi de Kirchhoff sur les noeuds, le courant qui pénètre dans le circuit par la borne A en ressort intégralement par la borne B, et vice versa. Si ce courant et la tension entre les points A et B sont connus, on peut calculer la puissance électrique fournie à ce circuit.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 43 de 230

   

      Convention de signe :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

La puissance traversant un circuit électrique vu depuis les deux bornes ‘+’ et ‘-‘ est positive si, la tension entre ‘+’ et ‘-‘ étant positive, le courant pénétrant le circuit depuis la borne ‘+’ est égalementdans positif.  Ainsi définie, cette puissance est consommée consommée par le circuit : Elle « entre » dans l’appareil considéré. Figure 44: Convention de signe

3.2.8. Emploi des lois d’Ohm et de Joule Considérons le cas où le circuit entre les points A et B  est une simple résistance de valeur R . Soit uR (t ) la tension à ses bornes, i R (t ) le courant qui la traverse, et P R (t ) la puissance électrique que reçoit cette résistance (et qu’elle dissipe sous forme thermique). Ce sont là 4 grandeurs physiques qui caractérisent le fonctionnement du composant « résistance ». Les lois d’Ohm (Formule en 3.2.3.) et de Joule (Formule en 3.2.6.) montrent que ces grandeurs sont liées.

Table 9: Relations P, U, I, R courant continu et alternatif (valeurs instantanées) simple  phase (circuit résistif) Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 44 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Comme en mathématique, si l’on fixe 2 valeurs quelconques parmi ces 4 inconnues, les 2 autres en découlent automatiquement. Les lois d’Ohm et de Joule sont parfaitement réversibles et combinables.  combinables.  Pour toutes les combinaisons possibles de valeurs fixées, le tableau ci-dessus montre comment calculer les deux autres.  autres. 

3.2.9. Énergie électrique : La puissance est une quantité de travail accomplie par seconde, et en électricité : l’énergie électrique est proportionnelle à la puissance moyenne mise en jeu et à la durée considérée : L’unité SI d’énergie électrique est le joule, qui correspond à une puissance de 1 W consommée pendant 1 s. Toutefois, dans les milieux de la production, de la distribution et de la consommation d’énergie, il est d’usage d’utiliser une autre unité, le kilowattheure [kWh]. D’où :

Définition : Le kilowattheure [kWh] est la quantité d’énergie électrique absorbée  pendant 1 heure par un appareil appareil dont la puissance constante es estt de 1 kW. Il résulte de cette définition que : :   1 kWh = 1'000 W · 3'600 s = 3'600'000 J = 3,6 MJ  

Note : il est employé l’abréviation kWh, il peut être toléré kW ;h ; h ou kW.H Le kWh s’écrit « kilowattheure » en un seul mot Ne jamais employer kW/H kW/H ou kW par heu heure re et en écriture kilowatt/Heure qui sont des représentations fausses et à proscrire. Remarque : Dans un circuit électrique, il est important de distinguer : La puissance , quiconvertit est la puissance électrique en absorbée ou forme, fournieou d’un par cet appareil. Un appareil tel appareil l’énergie électrique une autre vice versa. Ainsi, un moteur qui transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique sera caractérisé par sa puissance. Pour des appareils comme des moteurs et des batteries, la puissance absorbée peut être positive ou négative. Les pertes ohmiques, ou pertes Joule, qui correspondent à la puissance électrique transformée en chaleur lors du transport de l’électricité ou du processus de conversion. Ces pertes correspondent toujours à une puissance positive. Transformées en chaleur, elles sont souvent non récupérables r écupérables et perdues. Il en va de même, par exemple, pour les pertes par frottement d’un système mécanique en mouvement.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 45 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.2.10. Rendement (en puissance active) Le rendement d’un appareil est une caractéristique très importante. Pour un moteur, le rendement sera le rapport de la puissance disponible à l’arbre et de la puissance électrique qui lui est fournie. Figure 45: Le rendement d'un appareil Un mauvais rendement produit des effets négatifs comme par exemple : élévation de la température ambiante, nuisible au bon fonctionnement des appareils électriques comme des éléments mécaniques ; échauffement du moteur ; cette chaleur transmise aux parties mobiles provoquera des dilatations qui altéreront la précision d’une machine-outil ou influenceront un processus chimique ; coût supplémentaire de l’énergie consommée. 

Exemple :  Le moteur électrique d’un appareil de jardinage a une puissance nominale de 1’000 W. Son rendement est de 60%. Il est alimenté sous 230 V par une ligne de 100 m de longueur. Calculerdu lescourant puissances en) jeu. (En (En supposant que l’on puisse appliquer les formules cidessus continu continu)

Figure 46: Exemple d'un appareil électrique

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 46 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le courant nominal de ce moteur vaut : I = P / U = 1000 W / 230 V = 4,35 A  Il se comporte comme une résistance :

Rmoteur   = = U / I = 230 V / 4,35 A = 52,9  Ώ 

En admettant que le câble comporte deux fils de cuivre de 1,5 mm2 de section (un pour l’aller, l’autre pour le retour du courant), sa résistance vaut : Rcâble = ρ . L / S = 17,5.10-9 Ώm . 2 . 100m / 1,5 . 10-6 m² = 2,3  Ώ  Le système câble + moteur se comporte comme une résistance:

Rtotal = Rcâble + Rmoteur  =  = 52,9 + 2,3 = 55,2  Ώ  Le courant parcourant ce système vaut alors (loi d’Ohm) : I = 230 V / 55,2  Ώ = 4,16 A  Nous pouvons calculer ainsi les puissances suivantes : Puissance absorbée par le moteur : Pmot élec = Rmot . I² = 52,9 . (4,16)² = 917 W  Puissance absorbée par le câble (perte) : Pcâble = Rcâble . I² = 2,3 . (4,16)² = 40 W  Puissance totale consommée : Ptotal = 230 V . 4,16 A = 957 W On constate que l’on a bien : Ptotal = Pcâble + Pmoteur  =  = 917 W + 40 W = 957 W  Nous devons également tenir compte du rendement du moteur. Si ce rendement est par exemple de 60%, nous ne retrouverons à l’arbre que la puissance mécanique suivante :

Pméc = ήmot . P mot élec = 0,6 . 917 W = 550 W  Des 957 W soutiré du réseau électrique, nous ne retrouvons que 550 W à l’arbre du moteur. La différence est constituée de pertes ohmiques dans le câble (40 W) et de pertes diverses dans le moteur (917 – 550 = 367 W).

Note : nous avons exprimé la puissance en watt, donc en puissance active – voir plus loin dans le cours pour la spécification de la puissance active.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 47 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.3. GRANDEURS COMPLEMENTAIRES EN ELECTRICITE Les grandeurs de base P, U, I, R ne sont malheureusement pas suffisantes pour comprendre et déterminer les mesures de puissance, et plus particulièrement en courant alternatif.  Avant de passer aux puissances puissances ‘active’, ‘réactive’, ‘apparente’, de parler du fac facteur teur de puissance (cos φ), il est impératif d’aborder au moins deux compléments qui sont l’inductance et la capacitance 

3.3.1. Inductance : la ‘self’ Définition : On appelle inductance L le coefficient de  proportionnalité qui lie la variation du courant circulant circulant dans une bobine, et la tension induite que ces variations font apparaître entre ses bornes. L’unité d’inductance est le l e Henry [H].  Figure 47: Inductance La figure ci-contre montre le symbole de l’inductance  selon la norme CEI (Commission Électrotechnique Internationale). Le symbole entre parenthèses, à droite, est également beaucoup utilisé. Figure 48: Symbole de l’inductance

Inductances en série : comme pour les résistances les valeurs (en Henry) s’ajoutent L = L& + L2 + L3 +……+ Ln  Figure 49: Inductances en série

Inductances en parallèle Dans un circuit, il peut arriver également que plusieurs inductances soient disposées en parallèle. Elles ont ainsi toutes la même tension u(t) à leurs bornes, la valeur équivalente résultante résultante est comme pour R 1  L

=

1

+

1

 L1  L 2

+

1  L3

+ ........

1

 Ln

 

Figure 50: Inductances en parallèle Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 48 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Inductance idéale en circuit commuté    A l’instant t 1 = 0  0   on modifie la position du commutateur, ce qui revient à connecter l’inductance idéale directement sur la source idéale de tension U > 0.

Figure 51: Inductance idéale en circuit commuté Comme il n’y a pas d’autre composant en série dans ce circuit, nous avons immédiatement U L (t) = U . Le courant i (t ) augmente alors linéairement comme sur le graphique ci-dessous. La valeur du courant i (t) s’établit progressivement aux bornes de l’inductance sous tension U L Si, plus tard, soit à l’instant l’ instant t 2 2,  on remet le commutateur dans sa position initiale , l’inductance (en circuit fermé sur elle même) se voit à nouveau soumise à une tension U L (t). Figure 52: Représentation graphique de l'inductance idéale Le courant qui circule à ce moment dans l’inductance reste constant, égal à la valeur qu’il avait juste avant t 2 2   Conclusion, si l’inductance débite sans être connectée sur une source, c’est qu’elle a emmagasinée de l’énergie, c’est l’effet de ‘self’.  Attention à la châtaigne !  Au  Au niveau de l’interrupteur (ou disjoncteur) sur un circuit inductif, un courant « de coupure » se produit, c’est l’arc électrique que vous pouvez observer même ‘à la maison ‘ sur un simple inter. Plus l’inductance est « forte », plus le courant de coupure est important et plus il y a de « problème » pour l’appareil de coupure à cause de cet effet de self.

Inductance réelle R + L Les bobines réelles ont inévitablement une petite résistance en série, due à la résistivité non nulle des conducteurs qui les composent. Pour prendre les imperfections de l’inductance en considération, nous la modélisons par une résistance R  et une inductance idéale L, connectées en série. Nous connectons cet ensemble à une source de tension idéale, par l’intermédiaire d’un commutateur. Lorsque le courant est nul, juste après la commutation, toute la tension de la source est appliquée à l’inductance, et le courant i (t ) commence à croître. Figure 53: Inductance réelle Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 49 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Cependant, au fur et à mesure que le courant augmente, la tension aux bornes de la résistance augmente également, et la tension qui reste à disposition de l’inductance diminue

Figure 54: Représentation graphique de l'inductance réelle  A un certain moment, même si cela prend longtemps, longtemps, la tension U L (t ) aux bornes de l’inductance aura tellement diminué qu’elle sera pratiquement nulle. A ce moment donc, le courant i (t) ne pourra que rester constant. Le système aura atteint un état stable. Technologies et utilisations des inductances Les inductances réelles (les bobines que l’ontrove dans les l es enroulements des moteurs et des générateurs) se distinguent par leurs caractéristiques : La valeur inductive  L et sa marge de tolérance sont bien sûr leurs caractéristiques essentielles nom  détermine le courant supportable en permanence, mais Le courant nominal I nom aussi celui qu’il ne faut pas dépasser pour ne pas sortir du domaine de linéarité (saturation du fer)

 R courant La résistance série est nécessaire pour déterminer si le est autolimité, ou s’il faut ajouter une résistance extérieure, en fonction de la tension de service prévue ;

Les aspects constructifs sont également importants (forme et dimensions, comportement en courant alternatif, effets parasitaires à haute fréquence, fr équence, etc.)

Figure 55: Inductances utilisées en électronique Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 50 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.3.2. Condensateu Condensateurr Définition(s) : On appelle condensateur un composant électrique construit par la juxtaposition de deux plaques ou de deux feuilles conductrices, séparées l’une de l’autre par un matériau isolant. Figure 56: Capacitance On appelle capacité C le coefficient de proportionnalité qui lie la tension appliquée à un condensateur et la charge électrique que ce condensateur accumule ainsi. L’unité de capacité est le Farad [F]. 

Remarque : Le terme « condensateur  »  » est réservé au composan composantt électrique. Le terme « capacité  »  » est réservé à sa caractéristique, exprimée en [F]. La figure ci-contre montre le symbole du condensateur  selon  selon la norme CEI (Commission Électrotechnique Internationale). Figure 57: Symbole du condensateur Bien qu’un condensateur ne puisse conduire aucun courant continu, nous verrons que des courants variables au court du temps peuvent le traverser.

Condensateurs en série : La capacité équivalente est comme pour R et L en parallèle 1 C 

=

1 C 1

+

1 C 2

+

1 C 3

+ .........

1 Cn

 

Figure 58: Condensateurs en série

Condensateurs en parallèle :  Ces condensateurs se comportent exactement comme un seul condensateur équivalent, dont la valeur est donnée par C= C1 + C2 + C3 +……+ Cn Figure 59: Condensateurs en parallèle

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 51 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Condensateur idéal en régime commuté :  A l’instant t 1 = 0  0   on modifie la position du commutateur, ce qui revient à connecter le condensateur idéal directement sur la source idéale de courant  I > 0. Figure 60: Condensateur idéal en régime commuté Comme il n’y a pas d’autre composant en série dans ce circuit, nous avons immédiatement I C (t) = I . La tension u (t ) augmente alors linéairement comme sur le graphique ci-dessous. La valeur valeur de la tension u (t) s’établit progressivement aux bornes du condensateur sous tension U L. L. Si, plus tard, soit à l’instant l’i nstant t 2 2,  on remet le commutateur dans sa position initiale, le condensateur (en circuit fermé sur lui même) se voit à nouveau soumis à un courant i C (t). Figure 61: Représentation graphique condensateur idéal Dès ce moment la tension aux bornes du condensateur reste constante, égale à la valeur qu’elle avait juste avant t 22    Conclusion : de même que pour l’inductance le condensateur est un accumulateur d’énergie, Cette énergie a été stockée dans le condensateur, sous forme d’énergie électrostatique. Celui-ci a en effet emmagasiné des charges électriques. Cette énergie peut également être restituée. (Attention aux câbles – surtout en HT – qui même débranchés peuvent être « chargés » tout comme une capacité)  capacité)  Circuit R – C en parallèle : Dans les circuits électroniques, on rencontre souvent des condensateurs connectés à des résistances. Soit le circuit RC en p parallèle arallèle ci-après, on ferme le commutateur   Lorsque la tension est nulle, juste après la commutation, tout le courant de la source circule dans le condensateur, et la tension u (t) commence à croître. Cependant, au fur et à mesure que la tension augmente, le courant circulant dans la résistance augmente également, et le courant qui reste à disposition du condensateur diminue. Figure 62: Circuit R-C en parallèle Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 52 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 63: Représentation graphique circuit R-C en parallèle  A un certain moment, même si cela prend longtemps, longtemps, le courant i C C  (t)  circulant dans le condensateur aura tellement diminué qu’il sera pratiquement nul. A ce moment donc, la tension u (t) ne pourra que rester constante. Le système aura atteint un état stable

Circuit R – C en série : Considérons un autre circuit comportant un condensateur et une résistance en série, alimentés par une source idéale de tension.  A l’instant t1 = 0 on ferme l’interrupteur, l’i nterrupteur, ce qui revient à connecter le condensateur et la résistance sur la source idéale de tension U > 0. Figure 64: Circuit R-C en série Le condensateur s’oppose à toute variation brusque de tension, ce qui fait que la tension uC  (t) à ses bornes, juste après la commutation, est nulle. Toute la tension de la source est donc appliquée à la résistance : uR  (t) peut passer soudainement de 0 à U , car la résistance ne s’y oppose pas, et le courant i (t) saute (t) saute également de 0 à I1 = U / R Ce courant positif provoque l’augmentation progressive de la tension uC (t) aux bornes du condensateur, et par conséquent la diminution de la tension uR (t) aux bornes de la résistance. Ainsi, le courant diminue progressivement. Si l’on attend assez longtemps, la tension uC  (t) aux bornes du condensateur aura atteint la tension U de la source. Le courant sera alors nul.  nul. 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 53 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 65: Représentation graphique circuit R-C en série

Technologie et utilisation des condensateurs :  :  Les condensateurs se distinguent par leurs caractéristiques : La valeur capacitive C et sa marge de tolérance sont bien sûr leurs caractéristiques essentielles La tension nominale Unom détermine la tension supportable en permanence, mais aussi celui qu’il ne faut pas dépasser pour ne pas faire « claquer » l’isolation et la détruire ; Le courant de fuite (leackage) détermine la durée pendant laquelle un condensateur chargé est capable de maintenir sa charge (leackage en anglais signifie « fuite ») ; Les aspects constructifs sont également importants (forme et dimensions, comportement en courant alternatif, effets parasitaires à haute fréquence, influence de la température et du vieillissement, etc.). La plupart des condensateurs sont réalisés en enroulant par exemple deux feuilles métalliques séparées par autant de feuilles isolantes. Il est ainsi possible d’obtenir une grande surface  A dans un petit volume. Les différentes technologies se distinguent essentiellement par la composition chimique de l’isolant. 

Condensateurs électrolytiques Ces condensateurs sont réalisés en enroulant des feuilles d’aluminium et de papier imprégné avec un électrolyte. Cette technologie permet de réaliser des condensateurs de μ très grandes capacités tensions jusqu’à 750 V.(1 à 100'000 F) dans un volume réduit, et qui résistent à des

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 54 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

     A cause de la nature de l’isolant, ces condensateurs sont polarisés. Une inversion accidentelle de la tension produit une dégradation irréversible des propriétés du condensateur, voire sa destruction.

Figure 66: Condensateurs électrolytiques

Condensateurs à film plastique  Condensateurs très robustes, résistant à des tensions jusqu’à 1’000 V. Ces condensateurs ne sont pas sensibles au sens de la tension, et supportent des tensions alternatives de très hautes fréquences fr équences (→  1 MHz). Disponibles pour des capacités comprises entre (10 pF à 10 μF), et très stables en température Figure 67: Condensateurs à film plastique

Condensateurs céramiques  Technologie permettant de réaliser des condensateurs à très bas prix. Ils supportent des tensions jusqu’à 500 V, voire 10'000 V pour certains. Ils sont disponibles pour des capacités comprises entre (1 pF à 100 nF), et leur fréquence utile va jusqu’à 100 MHz pour certaines qualités. Figure 68: Condensateurs céramiques Leur inconvénient est le volume, qui ne permet pas de réaliser des capacités similaires aux condensateurs électrolytiques.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 55 de 230

   

      Super condensateurs 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Ces super condensateurs peuvent atteindre des capacités jusqu’à 2'700 F (et non pas μF comme pour les condensateurs électrolytiques). Figure 69: Super condensateurs Toutefois, vu la très faible épaisseur de leur isolant, ils ne supportent que de très faibles tensions (quelques volts).

3.3.3. Résumé R, L, C La présence d’inductances et de condensateurs dans un circuit électrique amène avec certitude des régimes transitoires lorsque les sources de tension et de courant ne sont pas constantes, ou lorsque le circuit comporte des éléments de commutation comme des interrupteurs. Toutefois, lorsque toutes les sources de tension et de courant fonctionnent à valeurs constantes, et que les éventuels éléments de commutation ne sont pas activés, l’étude du circuit peut être simplifiée en se rappelant que : Une inductance parcourue par un courant constant a une tension nulle à ses bornes ; elle peut être remplacée par un court-circuit ; Un condensateur ayant une tension constante à ses bornes et parcouru par un courant nul ; il peut être remplacé par un circuit ouvert.  Ainsi, par exemple, le circuit du schéma ci-dessous ci-dessous peut être simplifié comme l’indique l’indique le schéma suivant.

Figure 70: Schéma électrique Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 56 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 71: Schéma électrique simplifié Pour résumer, la Table ci-dessous énumère systématiquement systématiquement les relations pour les résistances, inductances et condensateurs en régime continu et en régime transitoire.

Table 10: Relations pour les résistances, inductances et condensateurs

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 57 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.3.4. Impédance U = R x I est la formule de base en électricité au même titre que E = MC² pour la physique. En fait il faudrait dire U = Z x I car (pratiquement) tout tout récepteur é électrique lectrique est un une e combinaison des trois grandeurs R, L, C.

L’impédance ‘Z’ est exprimée en Ohms et en régime alternatif l’ensemble R, L, C, Z, a en commun l’unité Ω .  Les appellations se modifient ‘quelque peu’ avec L devenant une ‘réactance inductive’, XL et C, une réactance capacitive’, XC (d’où le terme énergie réactive vu dans le chapitre suivant). La résistance reste la résistance ‘R’. Mais vous trouverez ZR, ZL, ZC, par souci d’homogénéité sur certains schémas.

Rappel du comportement d’un courant alternatif : Sur la courbe de la sinusoïde (image du courant ou d’une tension alternatif), la valeur de ‘i’ ‘ i’ ou de ‘u’ à l’instant ‘t’ est la valeur de la grandeur sinus au même instant ‘t’ pour un point ‘P’ en rotation sur un cercle. Pour un tour complet (360°), une alternance est produite.

Figure 72: Comportement d'un courant alternatif Pour toutes les rotations en électricité, le sens inverse d’une aiguille d’une montre (counter clockwise) est arbitrairement choisi.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 58 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Comportement de l’inductance en régime alternatif Si l’on prend l’image de la tension et du courant aux bornes d’une inductance ‘idéale’ (avec un oscilloscope) l’on obtient cette figure

r égime alternatif Figure 73: Comportement de l'inductance en régime On remarque sur la figure que le courant est en retard sur la tension. C’est dû au fait que l’inductance s’oppose aux variations de courant. C’est lorsque l orsque la tension est la plus élevée que le courant croît le plus rapidement, ce qui est le cas lorsqu’il passe par zéro.

Comportement du condensateur en régime alternatif Nous constatons que le courant qui traverse un condensateur idéal, lorsqu’il est connecté à une source de tension t ension sinusoïdale est également sinusoïdal, à la même fréquence, déphasée de 90°. Par ailleurs, son amplitude est proportionnelle à la fréquence.

Figure 74: Comportement du condensateur en régime alternatif On sur la figure que aux . C’est dû au la tension estde entension. retard sur le courant queremarque le condensateur s’oppose variations C’est lorsque le courant estfait le Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 59 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    plus élevé que la tension (qui traduit l’état de charge du condensateur) croît le plus rapidement, ce qui est le cas lorsqu’il passe par zéro.

Combinaison de composants dans une charge  La charge d’un circuit est (dans un premier temps) soit une résistance idéale, soit une inductance idéale, soit un condensateur idéal. Le tableau ci-dessous résume les résultats obtenus. Note : en alternatif, avec l’Ohm pour unité, les sigles sont X L, X C C  (ou Z  L, X C C ) 

Table 11: Combinaison de composants dans une charge

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 60 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.3.5. Calcul d’impédance Nous avons toutes les unités en Ohms, nous pourrions utiliser les formules d’un cours d’électricité plus avancé avec des imaginaires, des intégrales, des dérivées, des exponentielles, etc.,… etc.,…, , nous contenterons de la représentation schématique avec des vecteurs. Il n’y qu’un seulnous théorème mathématique nécessaire pour calculer une impédance à partir de R, XL et XC, c’est :

Théorème de Pythagore (rappel) : Et avec des lettres « explicites »  pour les futures applications et exemples

Côté adjacent = R

φ Côté opposé = X Hypoténuse = Z

Figure 75: Théorème de Pythagore

Cos φ = R / Z

Sin φ = X / Z

Z² = R² + X²

Z =  R ²  +  X ²  

Circuit avec Résistance et Inductance en série Calculer Z et VT quand I = 10A, R = 5 Ω, VR = 50V, XL = 10Ω, VL = 100V

VT VR = I.R

I

VL = I.XL

R

I

XL

VR

VL

Figure 76: Circuit avec résistance et inductance en série

I

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 61 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

  de

e T

XL = 10 Ώ

Z=?

VT = ?

R = 10 Ώ

VR = 50V

Méthode pour calculer Z

VL = 100V

 

Méthode pour calculer Vr

Et quelle est la valeur du cos φ ?  ?  

Circuit avec Résistance et Capacité en série Calculer Z et VT quand I = 10A, R = 5 Ω, VR = 50V, Xc = 10Ω, Vc = 100V

VT VR = I.R

VC = I.XC

I

R

XC

I

VR

Figure 77: Circuit avec résistance et capacité en série

I VL

VR = 50V

R= 5 Ώ Z=?

XC = 10 Ώ

VT = ?

Méthode pour Z

VC = 100V

Méthode

 

Méthode pour calculer Z

pour VT

 

Méthode pour calculer V TT   

Utiliser uniquement la relation Z² + R² + X² Et si vous vous posez la question des vecteurs une fois ‘en haut’ (pour ‘C’), une fois ‘en bas’ (pour ‘L’), ce n’est pas (trop) grave si vous vous trompez car pour les calculs, c’est la même chose.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 62 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

   A savoir : le sens de rotation étant (toujours) « counter counter clockwise », l’axe de tension ‘U’ ou ‘u’ ou ‘v’ ou ‘V’ ou ‘E’ étant toujours en axe horizontal, l’axe de ‘I’ : pour ‘L’, est décalé de 90° en arrière (lagging) pour ‘C’, est décalé de 90° en avance (leading)

Circuit avec Résistance, Inductance et Capacité en série Calculer Z et VT quand I = 10A, R = 5Ω, VR = 50V, XL = 10Ω, VL = 100V, Xc = 5Ω, Vc = 50V

VT V R = I.R

VC = I.XC

VL = I.XL

I R

I

XL

XC I

VL

VR

I VL

I

Détermination de l’impédance : toujours avec la méthode des vecteurs thode

XC = 5 Ώ

R= 5 Ώ

Détermination de la tension aux bornes de l’ensemble VC = 50V

Méthode

ur Z

Z=?

Figure 78: Circuit avec résistance, inductance et capacité en série

pour VT

VT = ?

XL = 10 Ώ

 

Méthode pour calculer Z Il suffit de faire comme pour les deux exemples précédents R sur l’axe horizontal, les réactances sur l’axe vertical dans leur sens « d’action », XL  en montant, XC en descendant

VL = 100V

VR= 50V

 

Méthode pour calculer V TT    Idem pour la tension VX = VL – VC = 50V et VT² = VR² + VX² VT = ?

En résultante X = XL – XC = 5Ω et Z² = R² + X² Z= ?  Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 63 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Remarque : et si VL = VC = 100V, ces deux tensions s’annulent, il n’y a que 50V aux bornes de ce montage série avec Z = R = 5 Ω … ?... C’est un circuit résonant avec son application en électronique

Circuit avec Résistances en parallèle  Calculer I, I1 et I2 quand V = 120V, 50 HZ, R1 = 30Ω, R2 = 20Ω,

I = I1 + I2

2 résistances, pas de déphasage

V

R1 I1

R2 I2

I1 = ? I2 = ?

I

VR

I

VR

I=? Et la résistance équivalente R=? Figure 79: Circuit avec résistances en parallèle

Circuit avec Résistance et Inductance en parallèle Calculer I, I1 et I2 q quand uand V=120V 50HZ, R=30 Ω, XL= 20 Ω,

I=

V

R

X L I2

I1

Figure 80: Circuit avec résistance et inductance en parallèle I1 = ?

I

VR

I2 = ?

I=? ( ?)

I1

VL

V

IL I2 I

Et l’impédance équivalente : Z = ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 64 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Circuit avec Résistance et Capacité en parallèle  Calculer I, I1 et I2 qu quand and V = 120V 50HZ, R = 30 Ω, XC = 20 Ω,

I= I1 V

XC

I2

R

Figure 81:enCircuit avec résistance et capacité parallèle I1 = ?

I2 = ?

I=? ( ?) I

I

V

IC

I2 V

I1 Calculer l’impédance équivalente : Z = ?  ? 

Circuit avec Résistance, Inductance et Capacité en parallèle Calculer I, IR, IL, IC, IX quand V = 120V 50HZ, R = 30 Ω, XL = 20 Ω, XC = 30 Ω 

I= IR V

R

XL

IR IX

XC I C

Figure 82: Circuit avec résistance, inductance et capacité en parallèle IR = ? IL = ?

IC IL

IL

V

IC = ? IX = résultante IL, IC I=? Impédance équivalente :

I

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

?  Z = ? 

Page 65 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

3.4. GRANDEURS ET MESURES EN COURANT ALTERNATIF Nous avons vu des circuits « simples » avec inductance et condensateur ‘idéaux’, dans lla a réalité des circuits, il y a un peu de tout, avec une résultante Z et un angle de déphasage communément appelé ‘φ’ (power factor).

3.4.1. Rappel mesures en continu et en alternatif  Avec une source à courant courant continu, lorsque la tension d’alimentation est de 100V, le voltmètre indique 100V –  pas de  problème -

V 100V

V

=

 

R t

Figure 83: Mesure courant continu 100V 45°

V R

V

45°

  Figure 84: Mesure courant alternatif  Avec une source à courant alternatif, c’est moins évident, que va indiquer le voltmètre ? Il faut d’abord savoir qu’un appareil de mesure (classique) ne ‘prend’ qu’une demialternance, admettons qu’une diode en série ne laisse passer que la ‘moitié’ de cette même alternance.  Admettons ensuite que l’aiguille du voltmètre voltmètre soit « tiraillée » entre la valeur maximale et le zéro 50 fois par seconde (50 HZ). Que va-t-elle faire (l’aiguille) ? Se stabiliser au milieu, c’est-à-dire avec un angle de 45°.et indiquer la valeur « sinusoïdale » de sin 45° soit

2 2

= 0,707  

L’aiguille s’est « efficacement » placée, c’est la valeur efficace : V eff  eff    Ainsi pour l’exemple ci-dessus, ci-dessus, le signal ayant une amplitude d’alternance de ssommet ommet à sommet (peak to peak) peak) de 200 Volts, le voltmètre indique 100 x 0,707 = 70,7 Volts.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 66 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Un voltmètre mesure 230V à une prise de courant ‘à la maison’ (tension domestique), quelle est la tension de sommet à sommet (peak to peak) de l’alternance ?  ?  = 230 x 1,414 x 2

Vous peut-être mieux, en voyant la valeur trouvée, qu’il vaut mieux ne pas mettrecomprenez les doigts dans la prise….. Ceci s’applique pour toutes grandeurs mesurées en courant alternatif, V ; I, P, ….

3.4.2. Mesures de puissance en courant alternatif Puissance en circuit résistif uniquement :  Formule de base : P = U x I U pouvant s’appeler ‘V’ ou ‘E’, et ‘I’ restant ‘i’ dans tous les cas.  Avec une résistance pure, la puissance puissance absorbée (ou diffusée) est le produit Ex I . Dans la partie négative de l’alternance, il faut appliquer le principe mathématique de base, moins par moins égal plus  plus  La courbe de puissance est le produit algébrique à chaque instant ‘t’ de ‘E’ et ‘I’. Figure 85: Puissance en circuit résistif Une puissance consommée par une résistance pure est une puissance active 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 67 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Puissance en circuit inductif uniquement   Le produit ‘E’ par ‘I’ donne une puissance active nulle, la puissance consommée par une inductance pure est une  puissance réactive (inductive)  Figure 86: Puissance en circuit inductif

Puissance en circuit capacitif uniquement Pour circuit capacitif uniquement , considérer le décalage inv inverse erse pour ‘E’ et ‘I’. Vous pouvez même dessiner les courbes, P, U, I, en exercice sur une feuille quadrillée, de même que l’inductance, un condensateur pur ne consomme aucune puissance active, il consomme une puissance réactive (capacitive) (capacitive) qui viendra s’opposer à la puissance réactive capacitive

Puissance en circuit R + L C’est le cas de la très grande majorité des circuits électriques, un moteur parentre exemple, il y a un décalage ‘U’ et ‘I’. Figure 87: Puissance en circuit R+L (1) Rotation

Axe de puissance réactive

Axe de puissance active V

φ

Le courant ‘suit’ la tension, la  puissance représentée est la puissance active  La puissance active ‘correspond’ à la puissance dissipée dans une résistance, elle est donc sur l’axe horizontal, c’est le produit :

P(a) = U x I x cos φ  I

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Figure 88: Puissance en circuit R+L (2) φ

Page 68 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  La puissance réactive ‘correspond’ à la puissance « échangée » dans une réactance (inductance ou condensateur), c’est le produit::

P(r) = Q = U x I x sin φ  Même, si c’est encore encore « nébuleux », admettez courant courant une alternance représente un tour (d’une génératrice) et que lequ’en courant « suit alternatif » la tension.

Question : soit un moteur alimenté en 50HZ, le courant ‘suit’ la tension avec un « angle de déphasage » de 45° temps (en millisecondes) entre ‘U’ et ‘I’ ? Quel est le temps (en Quelle est la valeur du cos φ ? (Facteur de puissance – power factor)  Quelle est la valeur du sin φ ? Si vous avez assimilé le lien entre la rotation d’un aimant, produisant un courant de la forme d’une sinusoïde, et admis le fait que le courant et la tension soient 2 alternances différentes (se suivant) avec un angle de déphasage correspondant au facteur de puissance (cos φ), bravo, le paragraphe suivant n’est qu’une formalité… Pour ceux qui « traînent la patte », sachez que le but, ici, n’est pas de faire de vous un électricien confirmé, mais avec les bases écrites de ce cours, faites vous donc réexpliquer les principes par cet électricien qui sera peut-être surpris de trouver dans ce cours une explication « simplifiée » des bases qu’il aura oubliées…. (Fait (Fait déjà vérifié sur site Total )

3.4.3. Formules et unités de puissance en courant alternatif : P: puissance active

V

φ

S: puissance apparente

Q: puissance réactive

I

Figure 89: Puissances et le triangle de Pythagore

 

Tout comme avec R, L et C nous retrouvons le triangle rectangle avec les théorèmes de Pythagore

P, puissance active est la puissance consommée par une résistance R  consommée par une réactance ( L + C) Q, puissance réactive est la puissance consommée S, puissance apparence est la puissance consommée par l’impédance Z  Cos φ = P / S Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 69 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  S : Puissance apparente (Apparent Power) 

 A

C’est le produit P = U x I  des  des valeurs (efficaces) mesurées par un voltmètre et un ampèremètre

R

V

Figure 90: Puissance apparente L’unité est le VOLTAMPÈRE : S (VA) = U (V) x I (A)

P : Puissance active (Active or True Power)

 A

 

C’est le produit S x cos φ ; Il faut donc dans le circuit de mesure un ‘phy-mètre’ ou un phasemètre.

φ

R

V

Figure 91: Puissance active L’unité est le WATT : P (W) = U (V) x I (A) x cos φ 

Q : Puissance réactive (Reactive Power)

 A

 

φ

C’est le produit S x sin φ ; Il faut donc dans le circuit de mesure un ‘phy-mètre’ ou un phasemètre.

R

Figure 92: Puissance réactive L’unité est le VAR (Volt Ampère Réactif) : Q (VAR) = U (V) x I (A) x sin φ 

Unités généralement avec préfixes ‘k’ ou ‘M’ pour kVA, kW, kVAR, MW,…… Distribution triphasée : Phase 1

V1

 A V

I1

φ

Phase 2

U I3

Phase 3

V2 V3

Figure 93: Distribution triphasée Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

I2

 

V

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 70 de 230

   

      Distribution triphasée équilibrée :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 Avec I = I1 = I2 = I3 et ‘U’ tension entre phases identique entre entre les 3 phases

P en Watts = U x I x √3 x cos φ  (U: tension entre phases) Q en VAR = U x I x √3 x sin φ  (U: tension entre phases)  S en VA = U x I x √3 (U: tension entre phases) En triphasé déséquilibré: P = V1. I1 cos φ + V2. I2 cos φ  + V3 .I3 ccos os φ , somme des mesures pour chaque phase, V étant la tension entre phase et neutre. De même que :

Q = V1. I1 sin φ + V2. I2 sin φ  + V3 .I3 sin φ  S = V1. I1 + V2. I2 + V3 .I3 Il faut, bien entendu, un appareil mesurant le « déphasage » entre u et I Quant aux puissances totalisées en kWh, en kVAh, kVARh, ce sera la puissance moyenne consommée en 1h pour chaque type de puissance. Si dans le pétrole le baril est l’unité ‘génératrice’ de revenus, pour les sociétés fournissant de l’énergie électrique, le kWh aura la même signification. Pensez à votre facture EDF, pour laquelle vous ne payez que les kWh en tant que consommateur domestique, mais sachez que les comptages triphasés totalisent également les kVARh qui sont facturés au « tarif fort » s’ils sont trop élevés car c’est une énergie qui « ne sert à rien r ien » pour l’utilisateur mais qui génère des pertes dans les lignes de transport pour le producteur (EDF ou autre). Cette énergie réactive devrait pouvoir être nulle ou minimale dans les installations (compensation de l’énergie réactive)….., revoyez le circuit R+L+C et demandez quelques explications à l’instructeur si vous souhaitez des éclaircissements.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 71 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.4.4. Récapitulatif des formules et exercices Courant continu U=RI

R=?

I = ? 

P=UI

I=?

U = ? 

P = R I²

R=?

I = ? 

R = U² / P

P=?

U = ? 

U=RI

R=?

I = ? 

P = U I cos φ 

I=?

U = ? 

P = U I 3  cos φ 

I=?

U = ? 

P = R I² 3  cos φ 

I=?

U = ? 

R = U² cos φ / P

U=?

P = 

Courant alternatif

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 72 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.5. PLANS ET SCHEMAS ELECTRIQUES 3.5.1. Symboles. Chaque appareil électrique ou chaque élément d’un appareil électrique (bobine, pôle de contacteur, relais, contact, etc….) possède son propre symbole de représentation qui se doit de respecter les règles établies par les normes internationales. Ceci permet à tout lecteur d’un plan, d’un schéma électrique, de par le monde de comprendre les fonctions des différents composants et de comprendre le principe d’opération de ces mêmes composants. Deux entités principales gèrent ces normes « North American I.S.O. » et en Europe, la C.E.I. (Commission Electrotechnique Internationale). Et avant de passer aux plans et schémas électriques, voyant les principaux symboles Certains constructeurs, certains pays, établitrouvez des symboles mais la logique de représentation resteont deplus mise,ousimoins vous vous en face“dérivés”, de signes « inconnus » sans légende explicative. 

Codes et symboles des principaux composants Le tableau ci-dessous est un extrait de la publication 750 de la CEI « Repérage d’identification du matériel en électrotechnique » D’autres symboles sont normalisés, référer vous à la publication CEI si d’aventure vous vous intéressez de près aux schémas électriques.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 73 de 230

   

 

 

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 74 de 230

   

 

 

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 75 de 230

   

 

 

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 76 de 230

   

 

 

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 77 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

3.5.1. Plans, schémas en électricité. Les plans et schémas sont utilisés pour définir et comprendre les principes de réalisation et de fonctionnement d’une installation électrique.

Différents types de plans existent, ceux que vous rencontrerez sont 3.5.1.1. Schéma unifilaire (one line diagram): Un opérateur se doit de comprendre ce schéma à partir du moment où il ‘prétend’ connaître son installation Le schéma unifilaire montre les composants ou ensembles de composants principaux du circuit. Il présente de manière groupée les connexions principales intervenant dans le fonctionnement du circuit. C’est l’équivalent d’un plan d’ensemble en mécanique (ou du P&ID pour l’instrumentiste). Unifilaire veut dire une ligne, même si l’alimentation d’un moteur demande par exemple 5 fils (3 Phases + Neutre + Terre), une seule ligne représente cette alimentation. L’exemple montre un schéma de distribution distribution unifilaire (CPU - Total Indonésie) montrant montrant la distribution générale de puissance pour toute l’installation, distribution HT (Haute Tension > 1000V) et BT (Basse Tension 50V< BT < 1000V)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 78 de 230

   

 

 

 

Figure 94: Exemple de schéma unifilaire (1) Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 79 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Schéma unifilaire à un autre point de la distribution : distribution Basse Tension depuis le tableau alimenté par l’EDG (Emergency Diesel Generator)

Figure 95: Exemple de schéma unifilaire (2) Les récepteurs (moteurs, éclairages, etc….) sont généralement nommés sur le schéma unifilaire

3.5.1.2. Schémas de principe (schematic diagram) Le schéma de principe permet au lecteur de Différencier le circuit Puissance du circuit de contrôle Suivre et séparer chaque étape dans la succession succession des événe événements ments « séquentiels » du fonctionnement électrique.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 80 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  L’exemple ci-après permet de spécifier : Circuit puissance : le moteur est alimenté en tri phase + Terre, protégé par un disjoncteur thermique et actionné par un contacteur Circuit commande contrôle) : il comporte un bouton poussoir ‘Marche’, boutonde poussoir ‘arrêt’(de et un fin de course (fonction à trouver sur descriptif). Leun contacteur est déclenché par le contact auxiliaire du disjoncteur (surintensité)

Figure 96: Exemple d’un schéma de principe (1)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 81 de 230

   

      Convention de représentation :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Les relais, bobines de contacteurs sont considérés ‘hors tension’, les contacts sont donc représentés en ‘position de repos’. Chaque séquence de commande) gauche àil droite haut en bas. Si pour(schéma une raison quelconque,doit cet être ordredessinée n’est pasderespecté, faut leet de spécifier au moins avec une flèche sur le schéma. Chaque étape doit être dans l’ordre séquentiel (ou ordre événementiel). Si plusieurs séquences sont à représenter (exemple de pont roulant : montée + translation1 + translation 2), il vaut mieux représenter plusieurs schémas distincts.. Tous les contacts et éléments en série, doivent être dessinés (autant que possible) sur la même ligne que la bobine, le relais, … qui est contrôlé. Tous les contacts et éléments en parallèle doivent être dessinés (autant que possible) au même niveau afin de bien indiquer la fonction parallèle Tous les éléments tel que bobine de contacteur, de relais, lampe témoin, voyant,…qui sont les organes récepteurs de tension doivent être dessinés sur la même ligne horizontale entre les deux barres source de tension de commande. Les contacts actionnés par le même relais ou contacteur ne sont pas à aligner parce qu’ils sont ensemble physiquement. physiquement. Chaque contact (ou conta contacts) cts) doit être « en ligne » avec la bobine, la lampe qu’il contrôle

Figure 97: Exemple d’un schéma de principe (2) Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 82 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Schéma de puissance : sectionneur en tête, enclenchement par contacteur, protection par relais thermique de surintensité (O/C pour overcurrent). Schéma de commande : 2 postes ‘marche arrêt’ et des voyants indiquant l’état dans les 2 postes de commande.

Question : à quoi sert, quel est la fonction du relais ‘R’ ?

3.5.1.3. Schémas de détail (wiring and connection diagram) Pour l’électricien, il permet de connecter et câbler les différents composants d’une installation électrique. Beaucoup moins pratique et beaucoup moins employé que les deux premiers cités audessus, il est toutefois le seul schéma disponible pour certaines petites installations, par exemple, dans l’armoire de contrôle d’unité HVAC (d’origine USA ou « satellite » des US…)

Figure 98: Exemple de schéma de détail Exemple de schéma de détail : c’est exactement la même « installation » que le schéma de principe ci-dessus. Voyez la différence de ‘lisibilité’. Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 83 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  3.5.1.4. Autre schémas Non repris dans le présent cours, mais vous rencontrerez Les schémas propres aux automates (PLC) avec le « ladder diagram », La symbolisation ‘graphcet’ employée en description de séquence même sur les manuels opératoires, le « block-diagram », le schéma de logique Le ‘block-diagram’ est aussi employé pour les plans de ‘Fire & Gas’ et ‘ESD’ 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 84 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

3.6. EXERCICES 8. Calculer la résistance R pour le montage ci-après R1

R4

R2

R3

 Avec R1 = R2 = R3 = 10  Ώ  et R4 = 20  Ώ  R5 = 30  Ώ 

R5

R

Questions / Exercices :  R = ……………………………………………………………………………… unités aux symboles, symboles, significations, significations, appellations correspondantes correspondantes 9. Attribuer les unités Unités :

 I

 R

 U

 P 

Symboles :

  Ώ Ώ 

 A

 W

 V 

Significations :

 Puissance

 Appellations :

 Volt

 Tension

 Watt

 Résistance

 Courant 

 Ohm 

 Ampère

10. Attribuer la formule adéquate :  P

=?

 U

/R

   

I=?

P / R  

   

P / I²

U=?  

 

U² / R

R = ?  ?   P

/I

 ρ .

L / S  S 

(S pour section en m²)

11. Pour une installation triphasée équilibré, le wattmètre indique 800 kW, le phimètre: 0.8 Quelle est la  puissance réactive de réactive de l’installation ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 85 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

4. L’INST L’INSTALLA ALLATION, TION, LA DISTRIBUTION DIS TRIBUTION ELECTRIQUE Ce chapitre a pour but de définir les principaux éléments d’une distribution sans entrer dans le détail surtout quand certains ‘composants’ sont sujets à un cours indépendant (comme les générateurs, pompes, transformateurs) BT-- B0 BT B01 1 Éclairage BT 06

HT-- C0 HT C01 1

Pompe P410 G 001

1250 KVA 5.5kV/400V 3Ph

G 10 MVA 5.5kV

xxx

 Y

∆ M

G 002

G

Chauffage H110

M

P 201 1 MW /5.5 kV

yyy Armoire Basse tension

P 202

GE

G 003 1MW /400V

BT-- B0 BT B02 2 Pompe P810

1 MW /5.5 kV Onduleur UPS 01

10 MVA 5.5kV

zzz Cellules Haute tension

Armoire Basse tension Normal/Secours

Figure 99: Schéma unifilaire simplifié Ce schéma unifilaire (simplifié) comporte les principaux éléments d’une installation, avec dans l’ordre : La génération : turbo générateur / gaz (moteur) générateur : diesel générateur Les câbles haute et basse tension t ension Les cellules de distribution Haute tension t ension Les transformateurs (abaisseurs / élévateurs) Les armoires de distribution basses tension (MCC) Les récepteurs : moteurs (HT ou BT), armoires d’éclairage, HVAC, UPS, ….

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

 

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 86 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.1. GENERATION D’ELECTRICITE Ce peut être : une source extérieure, une centrale électrique autonome, des turbogénérateurs, des générateurs avec moteurs gaz/diesel, des groupes électrogènes, des éoliennes, des panneaux panneaux photovoltaïques, etc.… mais sans oublier le génération en courant continu avec les jeux de batterie et les alimentations de courant redressé (UPS). Ce que vous rencontrerez sur site, ce sera principalement le turbogénérateur ou le générateur entraîné par moteur gaz ou diesel. Un cours spécifique est préparé sur ce sujet dans le présent cursus. Quel que soit la taille du générateur, sa représentation schématique est toujours la même. Figure 100: Génération d'électricité  d'électricité  Toutefois, pour l’alternateur le nombre de fils n’est pas systématiquement représenté (triphasé, mono).

4.1.1. Générateurs de courant alternatif, l’alternateur Le générateur triphasé est la source ‘incontournable’ sur site La représentation en unifilaire pourra être comme ci-contre, en spécifiant la puissance et le tension, par exemple 600kVA, 3x400V, enroulements en Y

G

400 V

x 400 V

x 400 V

x Générateur 

Liaison (câble)

Armoire BT

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Le schéma de puissance spécifie 3 phases distribuées, neutre non distribué avec tension 400V entre phases Protection ‘tripolaire’ par disjoncteur au tableau BT Figure 101: Représentation unifilaire de schéma de puissance de l'alternateur

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 87 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

G

10 MVA 5.5kV

C’est la même représentation mais pour un générateur triphasé 3x5.5kV de 10MVA, neutre mis à la terre par impédance

Z 5.5 kV

x

La tension est de 5.5 kV entre phase

x

La protection (et/ou le sectionnement) est bien entendu dans le tableau HT

5.5 k V

Z

5.5 k V

x Générateur 

Liaison (c (câble)

Figure 102: Représentation unifilaire de schéma de puissance de générateur triphasé

Armoire HT HT

Le générateur est en basse tension 3x400V mais avec neutre distribué

 Y

10 MVA

G

La protection (ou la coupure) au tableau BT est à faire sur les 4  pôles  d’un disjoncteur

3x400V+N

400 V

Ph1

400 V

Dans cette distribution avec 400V entre phases, quelle est la tension entre phase et neutre ?  ?  Figure 103: Distribution avec 400 V entre phases

Ph2

400 V

Générateur 

Liaison (c (câble)

x V1

x V2

Ph3

x

N

x

Arm oire HT HT

Distribution triphasée, tension entre phases et entre phase et neutre : V1

V=1

Enroulements du générateur 

U

U

U/2 = 0.866 U

30° U/2 = 0.866

V2 V3

U

V

Figure 104: Représentation vectorielle distribution triphasé

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

V3

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 88 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  C’est selon les « relations dans un triangle rectangle et selon la représentation vectorielle ci-dessus. « Imaginez » les 3 phases en étoile (en Y), ‘V’ est la tension aux bornes d’un enroulement et ‘U’, la tension entre phases, formez 2 triangles rectangles sur l’un des 3 ‘quartiers’. U/2 = V x sin 30° = V x 3 /2

U = 2 U/2 = 2 V x 3 /2 = V x 3  = U 

et

 Ainsi lorsque U = 400 V entre phases, entre phase et neutre V = 230 V  (arrondi)  (arrondi) Pour U = 380V, V= 220V 400 V

∆

G

10 MVA 3x400V+N

400 V

400 V

 

Quant à la liaison triangle, il n’a pas de neutre distribué et les tensions sont entre phases uniquement

SI vous désirez une explication plus approfondie sur les raccordements étoile / triangle, demander à l’instructeur et/ou voyez le cours moteurs et alternateurs

4.1.2. Générateurs de courant continu, machines tournantes Voir le paragraphe 2.3. Des génératrices à courant continu sont très peu présentes sur un site de production, par contre les moteurs à courant continu (machines rigoureusement identiques aux générateurs) se trouvent associés aux auxiliaires des turbogénérateurs, par exemple

4.1.3. Générateurs de courant continu, les batteries Voir le cours spécifique « batteries » Vous trouverez systématiquement systématiquement des « jeux de batteries » avec les onduleurs fournissant du courant alternatif à partir de batteries et aussi associés aux armoires redresseurs pour alimenter les circuits d’instrumentation, de sécurité incendie, de sécurité électrique, etc.….

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 89 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

4.2. LIAISONS HT ET BT 4.2.1. Liaison Haute Tension (HT) En distribution électrique la HT démarre à 1000 Volts, il n’y a plus de MT (moyenne Tension). La liaison HT est donc le câble reliant tout élément électrique ayant une tension d’utilisation supérieure à 1000 Volts. (Générateur HT / cellules HT – Cellules HT / moteur HT – Cellules HT / transformateur - …/…

Pourquoi des liaisons en HT ? Les câbles servent à faire un transfert d’énergie, soit de puissance électrique et avec la formule P= U.I, l’on voit que pour la même puissance, si l’on augmente ‘U’, l’on peut diminuer ‘I’, et c’est le but recherché. Un câble, un fil électrique électrique (en cuivre, en a alu,…) lu,…) possède une section déterminée qui limite (à cause de cette même section) l’intensité qu’il peut transporter, une section correspond à un nombre d’ampères maximum tandis que la tension est limitée par l’isolement (le matériau isolant) du fil conducteur. Le nombre d’ampères est également limité par la longueur du câble et le matériau (Cu, Al, ….)  Ainsi, une sous distribution éloignée sera sera équipée d’un transformateur élévateur, élévateur, et d’un transformateur abaisseur afin de « voyager » en haute tension, limitant les pertes en lignes par le câble de liaison, et permettant d’ajuster la tension t ension sur le(s) transfo’s.

5.5kV

G

20kV

5.5kV 20 kV

5.5 kV

Sous station de distribution 5.5kV

Xx kms de distan distance ce Poste HT principal

  Figure 105: Liaisons en HT Sur site, les distributions / liaisons HT sont limitées aux interconnexions entre générateurs HT, aux alimentations des transformateurs HT/BT et aux alimentations de moteurs de forte puissance en HT (>1 MW).

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 90 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Les câbles haute tension Les câbles sont fabriqués selon les normes établies par la CEI, et plus précisément la norme CEI 502 qui spécifie la fabrication, le dimensionnement (des isolants) et les tests à produire pour les câbles HT avec tension d’utilisation (U) de 3 à 30 kV (les tensions supérieures sont rarement présentes sur les sites Total) Ces câbles sont fabriqués avec écran cuivre sur chaque fil conducteur. La tension d’utilisation est limitée à 10 kV pour les isolants PVC et à 30 KV pour les autres isolants (Polyethylene/ethylene-propylene (Polyethylene/ethylene-pro pylene - rubber/cross-linked polyethylene).

Tension d’utilisation Vous n’utiliserez pas un câble choisi en 5.5kV pour une utilisation 20kV, ce n’est pas le même câble. Par contre rien ne vous interdit d’utiliser un câble 20 kV pour une distribution 5.5 kV, vous aurez simplement à rendre des comptes au service achat, car le 20 kV est (évidemment) plus cher pour une même intensité transportée. La tension d’utilisation d’un câble HT est constitué de 3 paramètres, Uo, U et Um exprimés en kilovolts et représentée dans la description du câble (et gravé dessus) sous la forme Uo/U(Um) correspond à l’épaisseur d’isolant, les conditions de test (claquage) et la tension d’utilisation elle-même.

Uo est la tension du réseau, pour laquelle le câble sera utilisé, entre un conducteur et la terre, ou entre un conducteur et un écran métallique faisant partie intégrante de ce câble. U est la tension du réseau entre conducteurs. Um est la tension maximale auquel le câble peut être soumis correspondant à la tension de service maximale. Les normes précisent les tensions des câbles HT suivant les “gammes” ci-après : Uo/U/(Um) =

1.8/3(3.6) kV 3.6/6(7.2) kV 6/10(12) kV 8.7/15 (17.5) kV 12/20(24) kV 18/30(36) kV

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Dernière Révision: 16/04/2007

Page 91 de 230

   

 

 

 

Figure 106: Exemple de câble HT Note : Les tensions d’utilisation sont à préciser ‘pour la commande’

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Support de Formation EXP PR UT010 FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 92 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.2.2. Liaisons Basse Tension (BT) Installation des câbles BT  : : quelques conseils si vous avez à suivre la pose de câbles et ce pour tout type de câbles en bas basse se tension ; Ceci pour avoir vu des installations installations en cours de montage plein « d’irresponsables » laissant faire en ‘dépit du bon sens. Lors du tirage de câble, l’utilisation de poulies d’angle, de dérouleur, de supports, etc….est obligatoire La force exercée pour « tirer » le câble ne doit pas excéder la tension recommandée par le constructeur pour ne pas déformer le câble. Ne pas excéder le rayon de courbure recommandé, un câble ‘cassé’ (avec un angle aigu) est un câble « foutu ». Ne pas faire passer le câble sur des angles coupants, des surfaces abrasives. Les doivent être recouvertes d’isolants. Unl’humidité câble ayant dansextrémités l’eau ‘absorbera’ ‘absorb era’ cette eau par capillarité, capillarité, l’eau, estune un extrémité élément généralement ‘incompatible’ avec un courant, une tension électrique. (Des tourets entiers, sur « certains » chantiers n’ont pu être utilisés dû au faible f aible isolement du câble…)

Barres de transmission Pour les liaisons secondaire secondaire transformateur / tableau BT de distribution distribution des barres sont parfois utilisées au lieu de câbles, surtout pour de fortes intensités sur de courtes distances. Ce sont des barres de cuivre sous gaine métallique (avec isolants) ou directement sous gaine isolante. Dans l’industrie « classique », ce système de barres est aussi utilisé pour distribution en atelier.

Réalisation des câbles en BT: Ame (en cuivre)

Ame rigide (rigid) Gaine isolante

Ame câblée (stranded)

Flexible

  Figure 107: Câbles BT

Support de Formation EXP PR UT010 FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 93 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Que ce soit le câble puissance (1 à 5 conducteurs de section 2,5 à 600 mm²) ou le câble contrôle (de 2 à 37 conducteurs de section 1 à 6 mm²), il y a l’âme conductrice (en Cu pour les câbles contrôle et en Cu ou Al pour la puissance) gainée de une ou plusieurs couches isolantes La constitution de l’âme est soit rigide (jusque 10 mm²), soit câblée (plusieurs conducteurs ‘twistés’ ensemble, soit flexible ou souple (multitude de petits conducteurs)

Les câbles puissance : Code de couleurs pour l’isolant du conducteur et pour un câble alimentant un récepteur de puissance. Toutefois ces couleurs ne sont pas internationalement respectées à l’exception de : Le vert-jaune est pour le conducteur de terre et uniquement pour cette fonction Le bleu clair est pour le conducteur de neutre (dans beaucoup de pays) Les couleurs de phase peuvent être trouvées avec d’autres couleurs assemblées. Figure 108: Couleurs des câbles de  puissance Impératif également : si 1 seul conducteur est connecté à un appareil, ce ne peut être qu’un vert-jaune, soit la terre. (A ne pas confondre avec un ou plusieurs câbles unipolaires en parallèle constituant une/des phase(s) d’alimentation). Si pour une raison quelconque la couleur d’isolant vert-jaune (pour la terre) et bleu clair (pour le neutre) ne sont pas présentes ou utilisées dans le câble d’alimentation, un marquage permanent aux 2 extrémités du câble devra être exécuté au moment du raccordement avec un gaina gainage ge vert-jaune (ou bleu bleu clair) sur le cond conducteur ucteur concerné.

Support de Formation EXP PR UT010 FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 94 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Tension d’utilisation en BT (identification de l’isolement) Les câbles basse tension ont une tension d’utilisation limitée par les valeurs ‘U’ (tension d’utilisation) et ‘Um’ (tension de test) qui sont systématiquement indiquées sur tous les câbles, gravées ou imprimées à intervalles réguliers sur l’isolant extérieur. Les normes sont: 300 / 300V correspondant aux câbles référence 03 300 / 500V correspondant correspondant aux câbles câbles référence 05 (U 500V) 450 / 750V correspondant correspondant aux ccâbles âbles référence référence 07 (H 07 RN-F) 0.6 / 1 kV correspondant aux câbles référence 1 La tension d’utilisation d’un câble (U) doit au moins être égale à la tension du réseau. r éseau. Exemple: un câble indiquant 300/500V ne peut pas être utilisé pour une distribution 380/220V, ‘U’ maximum de réseau étant 380V. En pratique, les câbles 0,6 / 1 kV sont utilisés en distribution 3x380V (ou 3x400V) pour câbles à âme rigide ou à âme câblée. Les câbles 450 / 750 V sont généralement ceux à âme souple (flexible)

Figure 109: Exemple de câble BT

 A noter: la dernière couche d’isolant est spécialement spécialement pour l’industrie pétrolière. L’isolant ‘XLPE’ étant un isolant dégageant un minimum de gaz gaz toxique lors de sa combustion. combustion.

Support de Formation EXP PR UT010 FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 95 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Sélection d’un câble puissance : Les critères principaux sont : L’intensité du courant à transporter La tension du réseau Passage du câble (en tranchée, chemin de câble,….) afin de déterminer le type d’isolant nécessaire. Le calcul de la section d’un câble de puissance n’est pas entrepris dans le présent cours, laissez ce travail à un électricien …Vous pourriez toutefois lui rappeler qu’une liaison par câble ne doit pas avoir de chutes de tension de tension trop importantes (à cause de la résistance / résistivité du câble). Ces limites maximales de chutes de tension sont : 3% pour les circuits d’éclairage 5% pour les alimentations moteurs 10% en incluant les pics d’intensité de démarrage.   A savoir également l’appellation quant quant au dimensionnement : En disant un câble câble 3 x 25 c’est un câble 3 conducteurs de 25mm² Un câble 5 x 50 est un câble à 5 conducteurs de 50 mm² chacun En disant un câble 3 G 25 ; c’est un câble à 3 conducteurs de 25mm² chacun mais l’un des 3 étant un conducteur de terre gainé vert-jaune Un câble 5 G 50 est un câble à 5 conducteurs de 50 mm² mais avec l’un des 5 gainé de vert-jaune en tant que conducteur de terre.

Câbles de contrôle (câbles ( câbles multiconducteurs) Figure 110: Câble de contrôle "âme rigide"

Figure 111: Câble de contrôle avec âme câblée (semi rigide)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 96 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Figure 112: Câble de contrôle avec âme souple

Figure 113: Câble de contrôle "blindé" pour les tranchées

Les câbles de contrôle sont multiconducteurs à partir de 6 conducteurs Jusque 5, c’est de puissance maisun riencâble ne vous empêche d’utiliser un câble 3 G 1,5 pour alimenter un fin de course. Remarquer la présence systématique du conducteur de terre, le vert-jaune. Le nombre de conducteurs désirés (jusque 37) inclut ce conducteur de terre par la lettre ‘G’ En disant 24 G 2,5, j’ai 23 conducteurs de 2,5mm² chacun pour les connexions de commande + 1 conducteur de terre Figure 114: Câbles de contrôle

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 97 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

4.3. CABLES HT / BT - ACCESSOIRES   4.3.1. Chemins de câbles (et supports de câbles) Il faut tout d’abord les différencier, chaque niveau de tension a son chemin de câbles dédié, chaque discipline électrique (et apparentée) a son chemin de câbles particulier ou sa portion particulière de chemin de câbles. Chaque utilisation ou discipline a « ses câbles », et pour des raisons techniques (interférences, sécurité,….) il faut avoir des cheminements indépendants pour chaque type de câbles Les différents chemins de câbles sur un site sont pour : La Haute tension Les circuits de puissance BT Les circuits de commande BT L’instrumentation contrôle (4-20 mA,….) L’instrumentation courant faible (thermocouples,…) L’instrumentation bus de distribution Le téléphone L’informatique La terre des masses (selon les cas) …/… Tous ces câbles et circuits ‘cheminent’ et se croisent selon des règles prédéterminées.  Aussi, SVP, sur site, n’allez pas demander de rajouter un câble pour alimenter votre ‘computer’ ou un poste télé en salle de contrôle en faisant cheminer ce même câble, le long (par exemple) d’une descente de paratonnerre……sous prétexte que c’est plus pratique (Ce n’est pas un exemple ‘gratuit’…, et demandez l’explication à votre instructeur si vous ne comprenez pas pourquoi). Vous risquez aussi de vous étonner : « comment se fait-il que le compresseur déclenche lorsque l’on démarre la pompe de transfert ? ». Si ». Si les câbles des capteurs de vibrations ou de thermocouples passent non loin du câble 6 kV de la pompe, rien d’étonnant. (D’autres phénomènes peuvent très bien ne pas indiquer l’élément initiateur de défaut en cas d’induction transitoire, très brève).

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 98 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Les chemins de câbles sont de différents matériaux (acier galvan galvanisé, isé, inox, fibre de verre, PVC, …), différentes constructions (fil, échelles, perforé, …) et même de toutes les couleurs….. Les goulottes, conduits, tubes (acier ou PVC) s’apparentent aux chemins de câbles puisqu’ils supportent / conduisent des fils ou des câbles. Les couvercles de chemins de câbles servent, en plus de la protection mécanique, et principalement, à protéger les câbles de l’agression des ‘UV’ détériorant avec le temps la gaine isolante extérieure

Figure 115: Chemins de câbles

 A retenir pour les chemins de câbles câbles 200 mm

200 mm

HT BT Puissance

BT Commande

  Figure 116: Distances entre les chemins de câbles en pose horizontale Que ce soit en pose verticale ou horizontale horizontale, les chemins de câbles de différents types ont entre eux une distance minimale d’installation à respecter. La distance de 200 mm est généralement la plus courante mais attention, ce peut être une autre distance, consulter le cahier des charges spécifique.

HT

200 mm BT Puissance 200 mm

Les chemins de câbles sont éclissés entre eux mécaniquement mais aussi « électriquement » avec un conducteur de terre et raccordés à la terre générale. Y compris les chemins de câbles PVC et fibre de verre (électricité statique !)

BT Commande 200 mm Instrumentation 200 mm,

Figure 117: Distances entre les chemins de câbles en pose verticale

etc Autres

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 99 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Pose en trèfle ou en alignement Ceci concerne les câbles de puissance. Un câble transportant du courant triphasé a ses conducteurs torsadés de par sa fabrication afin d’annuler (ou plutôt minimiser) l’induction électromagnétique produite par chaque phase (imaginez les 3 vecteurs à 120°, leur composante vectorielle est nulle). Figure 118: Pose en trèfle ou en alignement Les câbles triphasés (ou tri + N) peuvent être posés indifféremment en ligne ou en trèfle mais lorsque pour de fortes puissances, plusieurs câbles unipolaires forment une phase, il faut utiliser la technique du trèfle, les 3 conducteurs de ce trèfle représentant les 3 phases. Et en règle générale, les câbles ne doivent pas être « jetés » sur les chemins de câbles, mais alignés et attachés. Ceci non seulement pour des raisons d’esthétique mais aussi pour l’entretien (ajouter / enlever un câble) et pour minimiser les phénomènes d’induction. Et si vous rencontrez des câbles qui chauffent, et même un chemin ce câble chaud, ce n’est pas obligatoirement à cause d’une surcharge de courant, c’est peut-être tout simplement parce que les câbles sont mal posés…

4.3.2. Tranchées La pose de câbles en tranchées s’apparente à la pose en chemins de câbles, il faut respecter des distances entre les différentes tensions t ensions et respecter les distances d’enfouissement Les spécifications Total sont là pour vous confirmer le dimensionnement

Caractéristiques principales : Dimensions : fond de de la tranchée au m minimum inimum à 800 m de la surface, autres autres dimensions suivant les cas Câble en parallèle avec un ‘pipe’ : à 200 mm minimum Croisement de câbles : 200 mm minimum à l’endroit du croisement Traversées de chaussée : câbles sous conduit PVC de 150 mm minimum lui-même dans un conduit acier ou encastré dans le béton. Entrée en bâtiment : avec des regards en béton

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 100 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Contraintes de réalisation : Du sable doit être déposé en fond de tranchée (100 mm), les câbles doivent reposer sur un lit de sable. 100 mm de sable au dessus des câbles Protection mécanique, généralement par dalle de béton, tuiles,… 100 mm de remblai Grillage avertisseur, la couleur donnant la ‘discipline’ (rouge pour l’électricité) Remblai 200 mm minimum de sol d’origine

Différents cas d’exécution : 200 mm

Sol naturel

Mini 700 mm Grillage avertisseur  100 mm

Remblai sans pierres

Protection mécanique

100 mm Puissance Terre Commande Sable 100 mm 100 mm

200 mm Mini 500 mm

100 mm

 

Figure 119: Tranchée avec une épaisseur de câbles

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 101 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

2 0 0 mm

Sol naturel

Mini 900 mm Remblai sans

Grillage avertisseur 

pierres 100 mm

Protection mécanique

100 mm Puissance

Commande Sable

100 mm Terre

Puis. 100 mm 100 mm

200 mm

100 mm

Mini 500 mm

  Figure 120: Tranchée avec deux épaisseurs de câbles

Sol naturel

200 mm

Mini 700 mm Remblai Grillage avertisseur  100 mm

sans pierres

Protection mécanique

100 mm

HT

Puissance

Commande Sable

100 mm

500 mm Puis.

Terre

100 mm 100 mm

200 mm

Mini 600 mm

100 mm

  Figure 121: Tranchée avec HT et BT deux épaisseurs de câbles

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 102 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.3.3. Raccordement des câbles HT Vous n’allez pas en raccorder vous-même, c’est une technique particulière, un apprentissage spécifique qu’il vaut mieux laisser faire à « celui qui connaît » et qui « est qualifié pour ». Sachez qu’une extrémité de câble HT, une jonction de câble HT ne sont pas des opérations simples tel que dénuder le câble et le brancher sur un bornier. Il faut du matériel et de l’outillage spéciaux, et ce dans les différentes gammes de haute tension. Figure 122: Câbles HT

Les jonctions : chaque dimension et tension de câble aura sa ‘trousse’ ‘tr ousse’ spécifique de raccordement avec référence particulière Figure 123: Jonction de câble

Les extrémités (unipolaires) Figure 124: Extrémité intérieure (en cellule HT)

Figure 125: Extrémité extérieure (transfo)

Figure 126: Tête de câble tripolaire pour raccordement intérieur 6/10 (12) kV en cellule HT

Figure 127: Extrémité unipolaire extérieure (zone polluée) 26 / 45 (52) kV

Et sur toutes les têtes de câbles HT uni ou tri, tri , une ’tresse’ de terre pour raccordement au réseau des masses

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 103 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

4.3.4. Raccordement des câbles BT Le but ici n’est pas la technologie de raccordement dans les armoires, les boites de  jonction sur borniers ou le repérage des câbles câbles mais simplement de mettre en lumière les accessoires que sont les presse étoupes (câble glands) et les passages de câbles, cela vous concerne sur un site, surtout pétrolier. Un câble mal raccordé, un presse étoupe mal monté ou inadapté peut très bien être la source d’un sérieux  incident  incident en zone explosive, et, si vous êtes à même d’identifier le « problème », signalez-le.

Presse étoupes :

Figure 128: Différents types de presse étoupes Quel que soit l’appareil électrique, l’instrument à raccorder, l’entrée du câble dans « la boîte » se fait avec un presse étoup étoupes, es, ses vocations étant de faire l’étanchéité (contre eau et poussière), fixer mécaniquement le câble, assurer une continuité des masses pour les câbles avec écran métallique assurer l’interface ‘Ex’ entre câble et ‘boîte’ en zone à risques

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 104 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Les matériaux utilisés sont le PVC, le bronze, l’acier (inox ou autre acier) Un diamètre de câble correspond à un type de presse étoupes Une utilisation (intérieure, extérieure, étanchéité renforcé, zone à risque,…) définit automatiquement un type de presse étoupes

Exemples : Type industriel pour toute application. Le modèle ci-contre est pour câble à gaine PVC ou gaine élastomère Figure 129: Presse étoupes de type industriel (1)

Figure 130: Presse étoupes industriel (2)

Les presse étoupes ‘Ex’ pour les zones classées

Figure 131: Presse étoupes « Ex » pour la Grande-Bretagne et les pays du Commonwealth

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 105 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 132: Presse étoupes « Ex » Différentes normes existent suivant les pays, le point commun est que chaque ‘PE’ installé en zone doit impérativement avoir la marque ‘Ex’ gravée extérieurement (visible) Sigle officiel ‘Ex’ signifiant ‘matériel adapté pour installation en zone à risque et le sigle ‘CE’ pour Communauté Communauté Européenne Européenne Les presse étoupes ‘Ex’ doivent être raccordés à la terre Les presse étoupes non ‘Ex’ ne doivent pas être installés en zone à risque

Particularité ‘North America’ :   Aux USA, les câbles sont loin d’être utilisés couramment en installation industrielle. La distribution / protection des « fils » électriques se fait sous conduits ou tube acier qui sont raccordés aux appareils électriques au travers d’un ‘flame arrestor’. Vous trouverez ce type de réalisation sur les ensembles US comme les turbines ‘Solar’, ‘GE’ et autres. Le ‘flame arrestor’ doit assurer la continuité ‘flameproof ou explosion proof’ et pour ceci, ili l doit être empli de mastic résistant au feu (flameproof (fl ameproof sealing compound) après la pose des mastic quiêtre durcit et fait/ ‘bloc’ après sa pose. Si uncâbles, câble ou fil doit change ajouté, ce n’est pas évident à faire mais il ne faut pas oublier de remettre ce flame arrestor (un nouveau s’il le faut) et ne pas oublier de le ‘bourrer’ de mastic. ‘Sealing compound’ et vis à bloquer

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 106 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.4. ARMOIRE HT – HAUTE TENSION   Les cellules HT (switchgear)  Détails internes repris dans le chapitre : la HT. Sur site les tensions HT rencontrées étant de 5.5 à 20 kV, les cellules sont adaptés à cette tension. Une cellule 5.5, même si physiquement dans le même type d’armoire (cela peut arriver) aura des équipements internes différents que pour le 20 kV. Chaque cellule a sa fonction particulière : protection générateur - protection transfo - protection/démarrage moteur - comptage – remontée de barres – alimentation alimentation sous station - …etc… Figure 133: Cellule HT

Figure 134: Transformateur HT (1)  (1) 

Figure 135: Transformateur HT (2)

Figure 136: Les postes de distribution ‘simplifiés’

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 107 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.5. ARMOIRE BT – BASSE TENSION BT-- B0 BT B01 1

L’armoire principale de distribution BT connectée directement après le transformateur abaisseur. Les détails internes sont repris au chapitre ‘La BT’ Figure 137: Représentation armoire BT

1250 KVA 5.5kV/400V 3Ph ∆

 Y Armoire Basse tension

 Armoire de distribution appelée MCC pour ‘Motor Control Center’. C’est un ensemble modulaire regroupant la protection d’arrivée depuis le transfo et toutes les « tiroirs ». Chaque tiroir comprend la protection, le contrôle, les contacteurs, les relais pour chaque destination avec câbles puissance d’alimentation et contrôle. Figure 138: Armoire de distribution MCC

Les « sous distribution » avec les protections et contrôle d’éclairage, de HVAC, d’ensemble de chauffage, etc…

Figure 139: Armoires de « sousdistribution »

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 108 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

4.6. RECEPTEURS Tout ce qui est en aval d’une armoire HT ou BT, alimenté depuis cette armoire avec obligatoirement une protection du (des) câble(s) d’alimentation (fusible, disjoncteur) et éventuellement les éléments actionnant / commandant (relais, contacteur). Les récepteurs principaux font l’objet d’un cours séparé : transformateurs, moteurs ; nous n’entrons pas ici dans le détail mais listons simplement les éléments finaux d’un schéma unifilaire

Les moteurs électriques : Les moteurs « classiques » sur site. Celui de gauche est d’une puissance de 50MW et alimenté en HT (6 et/ou 11 kV), vous verrez des moteurs HT mais moins puissants, mais vous verrez le moteur asynchrone (ci-dessus) dans toutes les gammes de puissance jusque 1MW Figure 140: Moteur électrique 50 MV

Figure 141: Moteur asynchrone  Autres type de moteurs : linéaire, piézo-électrique, pas à pas, pas, …

Rotatif direct (couple)

linéaire

pas à pas

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 109 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Les transformateurs :

Figure 142: Transformateur de puissance HT/BT (ou BT/HT) Celui que vous rencontrez sur site est à droite, le transformateur à bain d’huile. Le transformateur à enroulement à l’air libre en HT/BT est peu répandu dans ‘notre’ industrie, il est généralement dans une cabine avec air pulsé pour évacuer la chaleur dégagée Transformateurs de puissance BT/BT : pour distribution d’éclairage, isolement de circuits Transformateurs de puissance HT/HT : pour transport tr ansport d’énergie à distance

Les armoires d’éclairage : Voir les principes de distribution en chapitre suivant Les armoires HVAC : Chauffage ou climatisation, reprenant les protections propres à ces circuits. … Modules (skids), UPS,…etc…

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 110 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

4.7. EXERCICES  Avant de continuer, quelques exercices exercices avec tout ce qui a été vu jusque jusque maintenant, et même quelques anticipations.

4.7.1. Grandeurs de base de l’électricité 12. Quelle est la résistance d’un chauffe-eau qui absorbe un courant électrique de 4,5 A lorsqu’on lui applique une tension de 230 V ?

13. Une ampoule électrique absorbe 0,17 A sous 230 V. Quelle est sa résistance ?

14. Calculer le courant circulant dans le corps de chauffe d’une plaque électrique ayant une résistance de 150 Ω, alimentée par une tension de 400 V.

15. Un fer à souder dont la résistance est de 3,5 Ω est alimenté sous 24 V. Quel courant tirera-t-il de la source ?

16. On désire faire circuler un courant de 4 A dans un corps de chauffe de 7 Ω. Quelle tension doit-on lui appliquer ?

17. Calculer la chute de tension dans un conducteur de 8 mΩ lorsqu’il est parcouru par un courant de 15 A. 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 111 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  18. Dans un éclair moyen circule un courant de 20 kA à un potentiel de 200 MV. Calculer la valeur de la résistance offerte au passage du courant.

19. Les métaux bons conducteurs ont-ils une haute ou une basse résistivité ?

20. Considérant les résistivités indiquées dans la table du cours, quels sont à votre avis les deux matériaux généralement utilisés pour le transport t ransport de l’énergie électrique ?

21. Quelle est la résistance d’un fil d’installation en cuivre de 1 km de longueur et 1 mm²  de section ?

22. Évaluer la puissance consommée par un moteur qui tire 15 A sous 24 V en C.C..

23. Un courant de 3 A circule entre deux points d’une installation électrique, et dissipe une puissance de 18 W. Quelle est la tension entre ces deux points ?

24. Évaluer le courant consommé par une ampoule électrique de 60 W sous 230 V.

25. Quelle est la résistance d’une ampoule électrique de 60 W sous 230 V.?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 112 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  26. Quelles sont les valeurs du courant et de la puissance d’une ampoule électrique de 60 W sous 230 V si sa résistance est réduite de moitié ?

27. Quel est le rendement d’une ampoule électrique de 60 W sous 230 V, sachant que l’énergie lumineux utile est de 10 W ?

28. L’éclairage d’une maison est assuré par 9 lampes de 60 W. Quelle est l’énergie (en kWh) consommée par ces lampes en 4 heures.

29. Sachant que coûte 5 centimes d’Euro kilowattheure, et cet supposant que lampes de 60l’électricité W brûlent chaque nuit pendant unepar année, que coûtera éclairage ?9

30. Sachant que l’électricité coûte 5 centimes d’Euro par kilowattheure, et supposant que 9 lampes de 60 W brûlent chaque nuit pendant une année, quel serait le gain si ces lampes sont remplacées par des lampes dites économiques, fournissant la même lumière tout en ne consommant que 15 W ?

31. Un grille-pain branché sur 230 V consomme 3 A. Quelle est sa puissance et quelle énergie (en kWh) consomme-t-il pour faire des toasts en 5 minutes ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 113 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

4.7.2. Alimentations à tension continue Sans avoir vu les batteries, ce sont des questions logiques en utilisant U=R.I. & P=U.I.   32. La tension aux bornes d’une pile est de 1,5 V à circuit ouvert. Elle est de 1,2 V quand une résistance de 6 Ω est connectée à ses bornes. Quelle est la résistance interne de la pile ?

33. On veut alimenter une ampoule avec un courant de 300 mA pendant une semaine. La résistance de l’ampoule est de 20 Ω. Combien de piles de 1,5 V d’une capacité de 30  Ah sont nécessaires et et comment doit-on les connecter ?

34. Une pile est considérée comme usée quand sa tenson chute au dessous de 1.0 V. La même pile peut débiter un courant de 19,5 A pendant 8 heures ou 940 A pendant 5 secondes. Calculer et comparez la capacité en [Ah] dans ces deux cas, expliquez la différence.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 114 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

4.7.3. Alimentations à tension alternative monophasée 35. Quelle est la valeur efficace d’un courant sinusoïdal dont la valeur crête est de 12 A ?

36. Une spire de cuivre tourne à 3'600 tours par minute dans un champ magnétique constant. Quelle est la fréquence de la tension ainsi produite ?

37. Quelle est la période d’une tension alternative dont la fréquence est de 16 2/3 Hz ? (temps pour une alternance)

38. Une tension alternative sinusoïdale a une valeur efficace effi cace de 100 V et une fréquence de 50 Hz. Quelle est sa valeur instantanée, 10 ms après le début de la période ? Après combien de temps la tension instantanée atteint-elle la valeur inverse ?

39. Un appareil alimenté au réseau alternatif 230 V / 50Hz consomme 0,6 A, avec un déphasage de 30°. Calculer sa puissance active, sa puissance apparente et sa puissance réactive. Faire une représentation vectorielle.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 115 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  40. La plaquette signalétique d’un moteur de 1,5 kW (à l’arbre) fournit les indications suivantes • Tension nominale : 230 V / 50 Hz • Rendement : 72% •

Cos φ sa : 88% Calculer puissance active consommée tirée sur le rseau, ainsi que le courant appelé lorsqu’il est chargé à sa puissance nominale.

4.7.4. Alimentations à tension alternative triphasée Tout est en raisonnement logique, faites des schémas. 41. Considérant le réseau triphasé européen (U simple simple = 230 Vrms pour U entre phase et comp, puis la neutre), calculer la valeur exacte de sa tension composée (entre phase) U comp valeur crête de ces 2 tensions

42. Calculer l’intensité du courant absorbé par un chauffage de 10 kW alimenté en 400 V~ triphasé ? On admet que le chauffage est constitué de 3 résistances identiques connectées en étoile, et que son facteur de puissance vaut 1. Que se passerait-il si l’on connectait ces 3 résistances en triangle ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 116 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  43. Un four est chauffé par 3 résistances de 100 Ω. Quelles sont les puissances totales que l’on peut obtenir par différents couplages sur un réseau triphasé en Europe ? Établir la liste de toutes les combinaisons possibles d’alimentation des résistances en tri + entre phase et neutre neutre (ou entre 2 phases). phases). Indice : Il y a 8 combinaisons combinaisons possibles.

44. Avec du fil électrique en cuivre de 2,5 mm² de section, on est autorisé à laisser circuler au maximum 16 A. Quelle est la puissance max. que peut consommer un appareil 400 V triphasé sans dépasser le courant autorisé ?

45. Trois lampes de 60 W sont branchées, chacune entre une phase et le neutre d’une alimentation triphasée standard en Europe. Quels sont les courants qui circulent dans chacune des phases et dans le neutre ?

46. Par erreur, un installateur a branché la phase L2 d’une alimentation triphasée à la terre, au lieu du neutre. Quelle est la tension max. qui apparaît sur les deux autres phases relativement à la terre ?

47. Une lampe de 25 W est branchée entre la phase L1 et le neutre d’une alimentation triphasée standard en Europe. Une autre lampe de 100 W est branchée entre la phase L2 et le neutre. Quelles tensions apparaissent aux bornes de chaque lampe si la connexion avec le neutre est accidentellement interrompue ? Quelles sont les conséquences prévisibles ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 117 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  48. On connecte une lampe de 40 W entre la phase L1 et le neutre d’une alimentation triphasée, une lampe de 60 W entre la phase L2 et le neutre, et une lampe de 100 W entre la phase L3 et le neutre. Que valent les 3 courants de phase et le l e courant de neutre ?

Un moteur triphasé de 15 kW (puissance nominale à l’arbre) entraîne une pompe hydraulique. Son rendement est de 83% (à la puissance nominale)et son cos φ  vaut 0,85. Il est alimenté en 400 V triphasé. 49. Quelles sont les puissances actives et réactives consommées à charge nominale ?

50. Que valent les courants de phase ?

51. Souvent, cette pompe ne fonctionne qu’à 20% de sa puissance nominale. Sachant que la puissance réactive reste pratiquement inchangée et que seule la puissance active diminue en fonction de la charge, que valent le cos φ  et le courant dans ce cas de charge.

52. Que pensez-vous de ce genre d’application ? Que chercheriez-vous à améliorer, et comment ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 118 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5. PRECAUTIONS CONTRE LES DANGERS DE L’ELECTRICITE Dans toute distribution électrique, tout un chacun interprète le danger de l’électricité comme pourcertaine l’humain.valeur, C’est mais bien entendu vrai, qu’un un courant traversant le corps humain une tue àmenace partir d’une il faut f aut savoir courant (indésirable) circulant dans les masses métalliques d’une installation détruit celle-ci. C’est la corrosion, la rouille est le l e résultat d’une électrolyse et ce n’est pas que la peinture qui protége contre cette rouille, ce sont de sérieuses mesures prises dans le domaine électrique qui protègent efficacement contre ce type de corrosion. Voyons d’abord les dangers, les « problèmes » et ensuite les remèdes

5.1. DANGERS DE L’ELECTRICITE 5.1.1. Effets physiologiques de l’électricité L’électrisation désigne les blessures infligées au corps humain s’il est parcouru par un courant électrique. La gravité de ces lésions dépend de l’intensité du courant et du temps pendant lequel l’organisme est soumis à ce courant. Ces lésions sont principalement cardiovasculaires (arrêt cardiaque, infarctus), respiratoires (suffocation), musculaires (brûlures, nécroses), cutanées ou neurologiques. L’électrocution est le décès par électrisation. De 1 à 10 mA, le courant ne provoque que des crispations sans danger ; De 10 à 25 mA, le courant ne peut être dangereux que lors d’une application durant plusieurs minutes De 25 à 75 mA, le courant peut entraîner l’arrêt du coeur ; il est mortel après 30 secondes Les défaillances cardiaques les plus graves se manifestent pour des courants supérieurs à 75 mA, même pour une durée inférieure à 1 seconde. Figure 143: Dangers de l’électricité

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 119 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 144: Graphique des dangers de l’électricité Pour le diagramme ci-dessus, les zones 1 et 2 sont sans danger, zones 3 et 4 mortelles

Tensions de sécurité : Le diagramme donne l’intensité sans danger à 10 mA, et considérant la résistance du corps humain sous différentes conditions, appliquons la formule U=R.I. En zone sèche, la résistance minimum est de 5000 Ω  5000 x 0,01 = 50 V CA  En zone humide, la résistance minimum est de 2500 Ω  2500 x 0,01 = 25V CA  En immersion, la résistance minimum est de 1250 Ω  1250 x 0,01 = 12V CA 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 120 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

5.1.2. Classification des tensions Classification des tensions : en 3 niveaux TBT : Très Basse Tension

en CC : jusque 120V

BT : Basse Tension

en CC : BTA de 120 à 750V et BTB 750 à 1500V

HT : Haute Tension

en CC : HTA jusque 75 KV HTB au dessus dessus  

TBT: Très basse tension en CA : (VLV : Very Low Voltage) De 0 à 50V en courant alternatif (CA) et 0 à 120V en courant continu (CC) Valeur décidée en fonction de la tension de sécurité, ci-dessus, le matériel à main de sécurité doit avoir une tension de service maximale de 50V CA 

BT : Basse Tension en CA : (LV : Low Voltage) Subdivisé en 2 catégories : BTA de 50 à 500V BTB de 500 à 1000V La BTA est la catégorie employée communément : 220/230V et 380/400V

HT : Haute Tension en CA : (HV : High Voltage) Subdivisé en 2 catégories : HTA de 1 kV à 50 kV HTB au dessus de 50 kV

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 121 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5.1.3. Risques électriques pour les personnes et le matériel Le « danger » d’électrocution ou d’électrification et venir de « m’importe où »

’électricité Figure 145: Quelques exemples de dangers de ll’électricité  A ne pas oublier les conséquences conséquences d’un court-circuit : brûlures, arc pour les yeu yeux, x, fumées pouvant être dangereuses, l’effet d’induction sur un câble non connecté, etc…

 Autres risques :

Figure 146: Dangers d’étincelles associées à des émanations de gaz

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 122 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Cette figure regroupe plusieurs sources de danger Charge capacitive d’un camion, d’un hélico, et même d’un bateau Charge capacitive d’une ligne Possibilité de corrosion  Cette capacité peut provoquer une étincelle. Seule précaution : la mise à la terre, paragraphe ci-après Figure 147:Sources de dangers électriques Et lorsque vous avez à remplacer une vanne sur une ligne, assurer la continuité des masses par un câble de terre entre les 2 portions (connecté avant d’enlever la vanne !). Des accidents se sont déjà produits par non respect de cette précaution La protection cathodique doit aussi être assurée avec la continuité de la masse. (voir cours protection cathodique)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 123 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

5.2. MISE A LA TERRE Une personne évoluant dans le domaine électrique considère le conducteur de terre comme le « fil » des le plus important dans la électrique.sans D’autres la majorité des protections circuits électriques nedistribution peuvent fonctionner circuitpart, de terre.

5.3. Les défauts de terre  Appareil non raccordé raccordé à la terre (= danger = anomalie) Un enroulement du moteur est défectueux et en contact avec la masse métallique, la personne touchant ce moteur est à la tension 220V, et en appliquant U = R.I. Figure 148: Appareil non raccordé à la terre

IF = UF / RH = 220 / 2500 = 88 mA (zone rouge en 0,1 sec !) IF pour courant de défaut RH, résistance du corps RTERRE négligeable (Le même) Appareil raccordé à la terre  Ajoutons RN résistance du neutre et RM résistance de la ligne de terre. Le courant est réparti entre I G et IH  La résistance équivalente RH/RM est 1/R = 1/RH+1/RM   Avec R = 5 Ω (approxim.) Le courant de faute IF = U/RM+RN = 220/5+5 = 22 Amp La masse est au potentiel UF  UF = RMxIF = 5 x 22 = 110 Volts Figure 149: Appareil raccordé à la terre

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 124 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    La répartition des courants donne : IG = 110 110 / 5 = 2 22 2 Amp. et IF = 110 / 2500 = 44 mA 

44mA reste toujours un courant dangereux. L’on peut déjà réaliser qu’avec une résistance des masses moindres, l’on diminue le potentiel touché, d’où l’importance d’avoir de bonnes connections de terre et un réseau de terre avec la plus faible résistance possible.

Neutre non raccordé à la terre (ou non distribué étoile ou triangle) Une impédance est à considérer correspondant à l’isolation, prise à 4000 ohms pour l’exemple U : tension du réseau, RM : résistance des masses= 1  Ώ  ZF : impédance réseau IF = U / RM + ZF = 220 / 4000+1 = 220 / 4000 = 55 mA F M F Tension de défaut 0,055 = 0,55 Vols : U  = R  x I  = 1 x (Apparemment) sans danger

Figure 150: Neutre non raccordé à la terre

Neutre connecté à la terre par impédance Méthode courante en industrie avec Z de 1000 ohms comme valeur moyenne RM et RN sont de faibles valeurs IF = U / RM+RN+Z = 220/1002 = 220 mA Tension de défaut : UF = RM x IF = 1 x 0,22 = 0,22V donc pas de danger pour les personnes Figure 151: Neutre connecté à la terre  par impédance

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 125 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5.3.1. Les régimes de neutre Il ne vous est pas demandé de maîtriser le principe comme pour un électricien, mais de connaître les différents termes et de comprendre les différentes applications. Les régimes de neutre s’appliquent aux réseaux r éseaux de distribution BT. Les sources d’énergie telles que générateurs, transformateurs sont (presque ( presque toujours) avec enroulements BT en Y (étoile) et donc avec un point neutre En HT, il existe également un « système » de protection neutre / terre t erre mais différent et à voir dans le chapitre HT

Principe des régimes de neutre :   Les parties métalliques d’une installation étant interconnectées et reliés à un réseau général de terre, tout courant de défaut transite par ce circuit de terre pour retourner à sa source génératrice au travers du conducteur de neutre Les différents régimes de neutre : Le régime de neutre est défini défini par 3 lettres

1ère lettre : condition de connexion du neutre avec la terre T : neutre connecté directement à la terre I : pour Isolé  (non  (non connecté,’ flottant’) ou pour  Impédant  (connecté  (connecté à la terre au travers d’une impédance 2ème lettre : concerne les parties métalliques de l’installation T : les parties métalliques sont interconnectées à un réseau indépendant de celui de la terre duparties neutremétalliques de l’installation sont interconnectées et reliées à la terre du N : les neutre

3ème lettre : indique la relation entre terre des masses métalliques et la terre du neutre S : pour Séparé , les réseaux terre des masses métalliques et terre du neutre sont 2 réseaux différents mais connectés ensemble au niveau de la génération C : pour Commun, un seul réseau r éseau distribue en même temps avec un seul conducteur confondu la terre des masses métalliques et le conducteur neutre Il existe 5 combinaisons de ces 3 lettres : TT, TN-C, TN-S, TN-C-S, IT

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 126 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le régime TT C’est le principe de la distribution domestique par exemple.  Alimenté par le réseau EDF, il n’est pas possible possible d’être connecté au neutre EDF qui lui est connecté à la terre (1ère lettre T). Du côté utilisation,il est obligatoire de raccorder toutes les masses métalliques à une ‘autre’ terre, le réseau PE  (2ème lettre T) Figure 152: Neutre TT Les protections et coupures des circuits de distribution par des détections de défauts de terre sont obligatoires dans cette configuration (chapitre BT).

Le régime IT Neutre Isolé ou Impédant et installation à la Terre indépendamment Employé dans les distributions industrielles donc sur sites. Est obligatoire uniquement une surveillance du réseau par un appareil tel que le ‘contrôleur  permanent d’solement’ . avec un système IT à neutre impédant Figure 153: Neutre IT La protection défaut au niveau des départs n’est pas obligatoire mais conseillée.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 127 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Le régime TN : Neutre à la Terre, terres des dis distributions tributions reliées au Neutre, C=commun

TN-C réseau PEN Dans tout le système, la fonction du conducteur neutre et de protection est assurée par un seul conducteur.

Avantage : Économie de cuivre, facilité de tirage (4 conducteurs seulement), réduction des coûts. Figure 154: Neutre TN-C

Inconvénient : Danger que des masses de récepteurs mises au neutre soient mises sous tension par la rupture du conducteur PEN. Pour des sections sections de conducteurs supérieu supérieures res à 10 mm², égale égaless et en dessous de 10 mm² c’est le TN-S

TN-S Séparation du conducteur N et PE dans tout le système Figure 155: Neutre TN-C

Avantages : Utilisation simple du couplage de protection à courant de défaut Mesure d’isolement simplifiée (pas de liaisons N-PE, ce qui évite des accidents dus à l’omission du rétablissement des liaisons après intervention). Pas de limitation quant à la section des conducteurs

Inconvénient : Distribution 5 fils, donc câblage plus onéreux

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 128 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  TN-C-S Combinaison des 2 dans la même distribution

Figure 156: Neutre TN-C-S

Le schéma TN-C (Terre et Neutre Commun) peut être utilisé si la section des conducteurs en cuivre est supérieure à 10 mm2. Le schéma TN-S est obligatoire pour des sections inférieures ou égales à 10 mm² Point commun aux 5 méthodes : le conducteur de terre (PE) doit rester branché en permanence et ne jamais être intégré dans un organe de coupure (sectionneur, disjoncteur,…). Pour le montage TN-C avec neutre confondu (PEN), le neutre ne doit jamais être sectionné puisqu’il est la terre en même temps.

5.3.2. Le réseau des terres Schéma de distribution des terres électriques C’est (un peu) un schéma unifilaire montrant sur le plan du site (layout diagram) : Le passage de tous les câbles de terre en boucle, enterrés ou aériens Les connexions avec les équipements électriques Les connexions avec les masses métalliques ‘process’ (ballons, skid, ….) Les connexions avec les masses métalliques des structures Les connexions avec les puits de terre t erre Les barrettes / barres de terre collectrices Les interconnexions avec les autres réseaux de terre (instrumentation, informatique, protection contre la foudre,…)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 129 de 230

   

      Schémas de raccordements annexes

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

En plus du schéma général, pour chaque projet, un cahier de détail est produit montrant la particularité des raccordements tel que : dérivation sur boucle principale – raccordement sur ballons avec nombre de connexions et matériel à utiliser – raccordements sur barrettes - …etc… Se référer à la spécification générale Total en ce domaine. Ci-après exemple de ‘sketch’ ou schéma schéma détaillant un type de connexion sur struc structure ture

Figure 157: Exemples de connexion sur structure  A noter : les raccordements sur boucle de terre (câble cuivre sur câble de cuivre) cuivre) se font généralement avec le principe de la thermo soudure ; le système « Cadwel » (ou soudure aluminothermique). Système également employé pour les connexions câble cuivre sur structure métallique, ceci pour éviter la corrosion galvanique. Dans le schéma d’exemple ci-dessus la connexion câble cuivre / structure acier utilise une « interface », soit une rondelle bimétal (Cu+Acier) afin d’éviter la corrosion naturelle se développant lorsque deux métaux différents sont en contact.

Principe de la soudure aluminothermique Le principe est d'utiliser la réduction de l'oxyde de cuivre par l'aluminium. Cela provoque une réaction exothermique et forme un bain de cuivre fondu. Ce bain de cuivre en fusion

s écoule alors sur les conducteurs Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 130 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Figure 158: Exemples de bonnes soudures Dans les exemple de bonnes soudures; on peut voir que le conducteur et la soudure forment un bloc de matière homogène.

5.3.3. Les puits de terre (earth electrodes) En installation on shore (évidemment) Les réseaux de terre se complètent avec des regards de visite et des piquets de terre 

Figure 159: Puits de terre

Le nombre de piquets de terre, leurs longueurs (ou profondeurs dans le sol) sont calculés au moment du projet ceci pour avoir un réseau de terre ayant la plus faible résistance r ésistance possible. La résistivité du sol (pour retour du courant par le sol) entre en compte également pour ce calcul.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 131 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Pourquoi des regards de visite ?   L’intégrité du réseau de terre est vérifiée sur site industriel au moins une fois par an par un organisme indépendant agrée. Lors de sa visite, l’inspecteur doit déconnecter chaque piquet et mesurer la « résistance de terre » propre (à chaque piquet).

Sur site, SVP, laissez l aissez libre et accessible ces regards de terre, c’est peut être vous qui devrez signer le prochain rapport de vérification et devoir prendre des mesures pour la « contre vérification » afin de compléter les parties laissées ‘blanches’ sur le rapport.

5.3.4. Les boucles de terre Ou l’ensemble des réseaux de terre d’une installation, d’un site. Figure 160: Boucles de terre  Tous les câbles des masses masses sont réunis sur des collecteurs de terre répartis dans dans l’unité et en salle(s) électrique(s). Une mesure ‘globale’ des résistances des boucles de terre t erre d’une installation doit :

On shore : < 10 ohms (inférieure à 10 Ω) en zone non à risque (non hazardous areas) ; En pratique, l’on essaie d’avoir une valeur inférieure à 2 ohms) < 1 ohm (inférieure à 1 Ω) en zone à risque (0, 1 et 2 – hazardous areas) Off shore : < 0,5 ohm (inférieure à 0,5 Ω) en n’importe quel point, circuit de terre t erre de l’installation

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 132 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Terre « électrique » et terre « mécanique » Barrette interconnexion

Salle électrique MCC Terre électrique en MCC

Câble de terre incorporé au câble d’alimentation

M Connexions à la terre des masses

  Figure 161: Terre "électrique" et "mécanique Il n’existe pas d’appellation spécifique quant à la « différenciation » des terres, les appellations ‘électriques‘ et ‘mécaniques’ sont sont ici ‘inventées’ pou pourr la compréhension, toutefois il faut impérativement savoir que sur un site industriel : Un appareil électrique (moteur, lampe, chauffage,…) est raccordé au moins 2 fois à la terre, sur la terre « mécanique » (terre des masses, la boucle sur site), et sur la terre « électrique » par son câble d’alimentation qui comporte obligatoirement un conducteur ‘PE’, le fil ‘vert-jaune’. Une  même électrique».(réservoir, masse métalliqueau skid,…) la terre « mécanique Plusieursséparateur, est raccordé moinssans uneaucun fois  àéquipement raccordements « mécaniques » peuvent exister, ceci est fonction de la masse elle-même (du volume de métal), les règlements / normes sont à consulter pour connaître ces détails. Les masses « électriques » et « mécaniques » sont connectées sur un collecteur général. Et (encore un conseil….), sur « votre site », lorsque vous voyez des terres « mécaniques » non branchées ou même mal connectées, et si cela ‘ne vous concerne pas’, sachez que vous participez activement à la corrosion des équipements équipements et que peut être vous aurez aurez une part de responsabilité responsabilité dans le futur accident accident du à un défaut défaut électrique….

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 133 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5.4. PROTECTION DES PERSONNES ET DU MATERIEL

5.4.1. Protection individuelle C’est le ‘kit’ classique de chantier pour un opérateur : casque, gants, chaussures de sécurité, lunettes, ‘coverall’, protection auditive,…. Un opérateur ne doit pas intervenir sur une installation électrique mais il peut conseiller, et se doit même de corriger des non mesures de sécurité de la part d’un électricien.

Protection individuelle d’un électricien, spécificité : Combinaison: à manches longues (pour éviter les brûlures par arc), en coton (résistant au feu) sans fermeture métallique (zip en plastique ou boutons) Casque, lunettes : en matériau non conducteur

Outillage individuel adapté   :: Matelas en matériau isolant pour travailler en armoire électrique BT Outillage individuel à main isolés et en bon état Figure 162: Outillage individuel Pas d’outillage métallique pour intervention dans les armoires BT sous tension (scie, mètre à ruban,….)

Outillage électrique à main : Classé en catégories de 0 à 3 (de 0 à III) qui sont les classes d’isolation

Catégorie 0   Outil ou appareil métallique connecté sur réseau domestique (220 ou 110V), sans raccordement à la terre. En cas de défaut, le 220V est ‘touché’ directement.

Interdit aussi bien sur chantier qu’en appareil électroménager « à la maison » * Figure 163: Appareil catégorie t

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 134 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Des appareils électroménagers de cette catégorie sont sur le marché en France (en provenance d’Asie par la net ou autre….). Attention, si un accident se produit, les assurances « ne marchent pas » et sur un chantier, un site, encore moins...

Catégorie I    Appareil à carcasse métallique métallique raccordé au réseau (220V) ave avecc un conducteur de terre dans le câble d’alimentation.  Autorisé pour utorisé pour les appareils fixes, non autorisé pour les appareils mobiles Figure 164: Appareil catégorie I  A la maison, la télé, le frigo, le chauffage doivent obligatoirement obligatoirement être branchés avec une connexion terre

Catégorie II Outil à main ou appareil semi fixe (électroménager) alimenté par le réseau (220V) à carcasse en matière isolante, le constructeur garantissant la non possibilité de contact en cas de défaut intérieur. Figure 165: Appareil catégorie II

Autorisé sur site en zone sèche (et ‘safe’ ) uniquement et avec l’alimentation protégée par système différentiel * Les circuits de prises de courant (à la maison aussi ) sur lesquels les appareils mobiles sont branchés se doivent obligatoirement d’avoir un système de déclenchement en cas de courant courant de défaut résiduel résiduel c'est-à-dire une prote protection ction par détection différentielle 30mA agissant sur un interrupteur ou un disjoncteur (voir chapitre la BT). Un appareil catégorie II est un appareil à « double isolation » avec marquage   par un « double carré » (marquage international) * La réglementation n’impose pas un raccordement à la terre par le câble

d alimentation pour ce type d appareil mobile. Il est toutefois fortement Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 135 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

recommandé de brancher cette perceuse (en exemple) sur une prise de courant protégé par dispositif différentiel. Le mandrin et l’axe d’induit de cette même perceuse sont métalliques, vous allez toucher cette masse métallique en manipulant la perceuse (sans la débrancher) et il peut y avoir une détérioration interne mettant en contact la partie rotative et le 220V.

Catégorie III : Outil ou appareillage alimenté par une tension de sécurité < 50 V CA en zone sèche et < 25 V CA en zone humide Les outillages courant sont en 24V maximum alimentés par une source 24V individuelle sur site.* Figure 166: appareil catégorie III * Attention, obligatoire sur site : si le 24V CA n’est pas distribué par circuit prise de courant 24V, il faut un transfo de sécurité pour un outil à main, un seul outil devant être connecté Par exemple : (1 perceuse=1 transfo + 1 meuleuse=1 transfo + 1 baladeuse=1 transfo) Bien entendu, les tensions inférieures sont encore plus sécurisantes : le 6V pour un train électrique, le 6V pour un outil à main sur bloc batterie,…etc…

L’habilitation électrique :  Sur un site vous devez avoir une autorisation particulière et individuelle en suivant une formation « C18510 » (référence de la norme). Sans cette autorisation vous n’êtes tout simplement pas autorisé à entrer dans dans une salle salle électrique.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 136 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

5.4.2. Protection mécanique ‘ IP’ Tout matériel électrique et instrumentation a un ‘degré’ de résistance à la pénétration d’eau et de indice poussière ouplaque moins signalétique important suivant son indice ‘IP’ établi lors de sa fabrication, écritplus sur la d’identification.

Figure 167: Luminaire Ex et IP67 Par exemple, ce luminaire est non seulement ‘Ex’ pouvant être monté en zone à risque, mais aussi IP67 c’est-à-dire, selon le constructeur ‘6’ pour entièrement étanche aux poussières et ‘7’ pour résistant à l’immersion. En complément (non obligatoire) un indice de résistance aux chocs de 10 Joules.

L'indice de protection IP  caractérise  caractérise le niveau d'étanchéité des produits. Le premier chiffre correspond au niveau de protection contre les corps solides et le second chiffre contre les liquides. In Indi dice ce de pr prot otec ectition on

Corp Corpss so solilide de

Co Corp rpss liq liqui uide de

IP

6

5

Table 12: Indice de protection

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 137 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

Indice 

Pour le premier chiffre 

Pour le second chiffre 

0 

 Aucune protection 

 Aucune protection 

1 

Protection contre les corps solides supérieurs à 50mm  Protection contre les corps solides supérieurs à 12mm  Protection contre les corps solides supérieurs à 2,5mm  Protection contre les corps solides supérieurs à 1mm 

Protection contre les chutes verticales de gouttes d'eau  Protection contre les chutes d'eau avec une inclinaison de 15° maximum 

2  3  4 

Protection contre l'eau en pluie Protection contre les projections d'eau 

5 

Protection contre la poussière 

Protection contre les jets d'eau 

6 

Protection totale contre la poussière 

Protection contre les vagues 

7 

Protection contre les effets de l'immersion 

8 

Protection contre les effets de l'immersion prolongée  Table 13: Les indices de protection

5.4.3. Les travaux électriques En tant qu’opérateur même sans être responsable d’un site, vous avez à approuver, à décider de travaux d’ordre électriques pour lequel il vaut mieux savoir :

Travaux électriques :  Aucun travail électrique n’est autorisé sous sous tension en BT et HT Les travaux sous tension ne sont autorisés qu’en TBT avec outils isolés (une clé en travers de cosses + et – d’une batterie va faire beaucoup de dégâts) Un travail sous tension peut être décidé mais avec l’établissement d’une procédure spécifique et l’utilisation d’outillage spéciaux entièrement isolés et en BTA uniquement pour nos applications sur site. Tout travail en BT et en HT implique l’isolation complète de l’installation concernée avec toutes les précautions requises pour la non présence de tension et non retour accidentel de tension : départ consigné avec verrouillage, cadenassage.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 138 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

En BT sous tension, ne sont autorisés que les interventions et en BTA

Les interventions consistent en : •  Prise de vvoltage oltage avec appareil adapté pour d dépannage épannage d’une installation Manœuvres deune testsécurisation ou d’essais des équipements en interventions •  Un balisage et •  Le passage passage à un travail sou souss coup coupure ure qua quand nd le résultat du dépannage implique le remplacement d’un appareil ou la modification d’un câblage. En HT, aucune intervention n’est autorisée sous tension

Permis électriques :  Le permis électrique est un permis complémentaire au permis de travail principal qui ne peut être émis seul. Modalités d’établissement de ce permis à voir sur chaque site. Le permis électrique n’est pas réservé à un travail d’électricien mais pour tout travail qui implique la mise hors tension d’un équipement et ceci pour pouvoir travailler en toute sécurité sans craindre par exemple le démarrage intempestif d’une pompe, l’allumage ‘inattendu’ d’une rampe d’éclairage Le permis électrique consiste principalement en une séquence d’isolation (ou consignation) d’alimentation(s) électrique(s) avec signatures et manipulations par du personnel habilité pour. Le permis électrique inclus également les séquences de déconsignation. L’opérateur de quart signe le permis électrique en ouverture et en fermeture.

5.4.4. La protection cathodique cathodique Cours spécifique à ce sujet dans le cursus opérateur. La corrosion étant produite par un courant électrique sous le principe d’une pile avec anode et cathode, l’on produit un contre courant afin de contrecarrer les effets de ce courant naturel dans les masses métalliques. Deux méthodes :  Anodes sacrifiés : l’on détruit des jeux d’anodes d’anodes rapportées sur la structure Injection de courant : une source à courant continu injecte un courant inverse du phénomène naturel.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 139 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

5.5. EXERCICES 53. Un piquet de terre est raccordé  Au

regard de terre  à la boucle de terre des masses  à

une phase

54. Le conducteur de terre dans un câble d’alimentation électrique est de couleur  Rouge  Noire  Vert-

jaune

 Indifférent

55. Le conducteur de neutre est présent pour une source d’alimentation (transfo (tr ansfo ou générateur) quand le raccordement est en configuration :  Triangle  Étoile  Étoile

/ triangle

56. La tension d’alimentation de sécurité (courant alternatif) en zone humide est de :  48V  60V  24V

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 140 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    57. La baladeuse que j’utilise pour regarder à l’intérieur d’un réservoir d’eau en zone non dangereuse (non hazardous area) peut être alimentée :  En

220V depuis une prise à proximité

 En

48V depuis une prise à proximité

 En

24V en parallèle avec la perceuse et la meuleuse que je dois utiliser

 En

24V sur le secondaire d’un transfo de sécurité (unique branchement)

58. Le boîtier d’alimentation de mon ordinateur est en isolation classe I, je n’ai pas besoin de fil de terre avec l’alimentation 220V  Vrai  Faux

59. Le boîtier d’alimentation de mon ordinateur est en isolation classe II, je n’ai pas besoin de fil de terre avec l’alimentation 220V  

Vrai

 

Faux

60. Soit une alimentation tri avec neutre, 380V entre phase, entre phase et neutre il y a :  380V  220V  0V

61. Soit une alimentation tri avec neutre, 380V entre phase, entre Phase et Terre il y a ?  380V  220V  0V

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 141 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  62. Je suis en régime TT, quelle tension entre Neutre et Terre :  380V  220V  127V  0V

(environ)

63. Un réchauffeur de gaz est alimenté par un câble 4G70 mm², que veut dire le G ? Je dois rajouter un câble de terre pour le raccordement aux masses du site  Vrai  Faux

64. Un électricien doit remplacer du câble dans une armoire BT, il peut le faire sous tension, c’est lui le spécialiste  Vrai  Faux

65. Un électricien doit effectuer un dépannage (troubleshooting) dans une armoire BT, il peut le faire sous tension, c’est lui le spécialiste  Vrai  Faux

66. Un électricien, spécialiste HT, doit remplacer un fusible 6kV dans une cellule HT, il peut le faire sous tension :  Vrai  Faux

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 142 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

6. LES ARMOIRES HAUTE TENSION Les photos et schémas sont e extraits xtraits d’un catalogue catalogue de marque A ABB, BB, Le matériel ABB est communément installé sur les sites Total

6.1. LE POSTE HT C’est un assemblage de cellules ‘modulaires’ que l’on associe en fonction des besoins Le poste HT est dans une salle électrique dédié à cette fonction, bien souvent cette salle admet également la partie BT Figure 168: Poste HT (1) L’accès d’un poste HT est réservé au personnel habilité ayant suivi une formation f ormation spécifique C18510 et ayant reçu un certificat personnel et individuel autorisant l’entrée dans le même. Un chef de site de même qu’un « technicien de surface » sans habilitation ne doit pas pénétrer dans un poste (même BT) sans cette autorisation. Figure 169: Poste HT (2) Le but est d’avoir l’ensemble du personnel averti des dangers de l’électricité pour qu’il n’effectue pas des actions inconsidérées mettant en jeu sa propre vie et celle des autres ; par exemple le balayeur nettoyant à grande eau ou un « touriste » allant trop près des pièces sous tension Figure 170: Poste HT (3)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 143 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  L’opérateur (habilité) a accès dans le poste, devant et derrière les cellules pour effectuer les manœuvres qui lui sont autorisées et faire les relevés sur les appareils de mesure en façade. Ces mesures s’effectuent principalement sur un appareil propre à chaque cellule regroupant les protections et les valeurs électriques (ici le REF452 pour le matériel ABB)

Figure 171: Schéma unifilaire de tableau UniGear Le schéma unifilaire de tableau UniGear à architecture avec REF542 plus appropriée à effectuer, en plus des protections et des mesures du tableau, la commutation automatique et manuelle (ATS).   (ATS).

Les boucles HT (enterrées) G

Sous station A

G

10 MVA 6kV

10 MVA 6kV

SA1 6kV

Poste principal

SA2

X départs sur poste A

6kV Cellule interrupteur 

S P1

S P2 Sous station B X départs sur poste principal SB1 6kV

Câble de boucle enterré

Figure 172: Boucles HT

SB2

X départs sur poste B

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 144 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Sur site (on shore et offshore) une distribution HT peut comporter plusieurs sous-stations alimentés en boucle fermée (tous les interrupteurs sont fermés) ou en boucle ouverte (un des interrupteurs est ouvert Par exemple, sur le schéma ci-dessus, ci-dessus, si l’on veut travailler en cellules de la sous station ‘A’, l’on ouvrira non seulement les interrupteurs SA1 et SA2, mais aussi SP2 et SB1, le poste ‘B’ reste alimenté par SP1 et SB2.

Verrouillages de boucles et de cellules HT Dans l’exemple ci-dessus, le poste ‘A’ doit être isolé mais les manœuvres d’ouvertures et de fermetures des interrupteurs dans les 3 postes (P + A + B) s’effectuent selon une procédure très stricte avec une séquence d’opérations pour les ouvertures (et/ou fermetures) des différents interrupteurs/sectionneurs/disjoncteurs HT incluant des verrouillages par clés et/ou cadenas et des mises à la terre des câbles HT pour les « décharger » (effet capacitif) lorsqu’ils ne sont plus sous tension. Figure 173: Verrouillages de boucles Les verrouillages de sécurité sont classés en deux catégories: ceux de série [1-2-3] et ceux disponibles sur demande [4-5], voir tableau ci-après. Les premiers sont prévus par les réglementations et donc nécessaires à garantir la séquence correcte des manoeuvres; les autres peuvent être fournis sur simple demande.

Figure 174: Verrouillages de sécurité de série

Figure 175: Verrouillages de sécurité (en option)  option) 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 145 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    La présence de ces verrouillages doit être prévue par les procédures de service et de maintenance de l’installation. Leur présence garantit le plus haut niveau de fiabilité même dans le cas d’erreur accidentelle et permet d’obtenir un système de verrouillage “exempt d’erreurs” garanti par le constructeur.

Clés L’utilisation de verrouillages à clé est particulièrement important dans la réalisation de logiques de verrouillage entre des unités du même tableau, ou bien d’autres tableaux de moyenne, basse et haute tension. Les logiques sont réalisées au moyen de distributeurs ou bien en reliant les clés à un anneau.

Figure 176: Verrouillages à clés  clés  Le chariot des appareils [6] peut être bloqué dans la position débrochée et la clé de verrouillage peut être retirée de son siège seulement quand les appareils sont dans cette condition. Les manoeuvres de fermeture [7] et d’ouverture [8] du sectionneur de terre peuvent être bloquées à l’aide de clés; celles-ci peuvent être retirées de leur siège seulement quand le sectionneur se trouve dans la position opposée au verrouillage à réaliser. Ces verrouillages peuvent également être appliqués au sectionneur de terre des applications de barre. Les manoeuvres d’embrochage/débrochage d’embrochage/débrochage des appareils [9] et d’ouverture/fermeture du sectionneur de terre [10] peuvent être condamnées à l’aide de verrous à clé, qui interdisent la commande des leviers de manoeuvres. Le verrouillage à clé peut également être appliqué au sectionneur de terre des applications de barre. Les clés peuvent toujours être enlevées de leur siège.

Cadenas

Figure 177: Verrouillage par cadenas Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 146 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Les portes des compartiments appareils [11] et ligne [12] peuvent être bloquées dans la position fermée à l’aide de cadenas. Les cadenas peuvent être appliqués aux deux versions de fermeture prévues, avec vis moletées et poignée centrale.

Les manoeuvres d’embrochage/débrochage d’embrochage/débrochage des appareils [13] et d’ouverture/fermeture du sectionneur de terre [14] peuvent être condamnées en mettant des cadenas aux fentes de commande des leviers de manoeuvres. Le cadenas peut également être appliqué au sectionneur de terre des applications de barre. Les obturateurs métalliques de cloisonnement [15] peuvent être bloqués à l’aide de deux cadenas indépendants dans les deux positions, ouverte et fermée. 

 Aimants de verrouillage

Figure 178: Aimants de verrouillage Les cellules peuvent comporter ces éléments complémentaires, internes aux cellules sans action manuelle.

En tant qu’opérateur , assurez vous que toutes les procédures, les logiques de verrouillage existent sur ‘votre’ site. Ne signez aucun permis de travail en HT s’il n’est pas accompagné de la dite procédure. Il n’y aucune excuse pour ne pas l’utiliser, la HT ne  pardonne pas en cas d’erreur, d’erreur, c’est pour cela que ce paragraphe comporte plusieurs pages qui ne vous concernent pas directement mais qui vous aideront à ‘vérifier’ la bonne séquence des travaux de l’électricien.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 147 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

6.2. CELLULES HT Le modulaire des cellules HT (source ABB mais représentation identique à tous les constructeurs).  Au projet, les cellules sont assemblées assemblées en fonction des besoins besoins,, avec des éclissages entre les bornes et jeux de barres tri s’ajoutant dessu dessuss ou derrière les ccellules ellules

Schéma unifilaire des unités typiques

Type IF

Type BT

Type R

Type RM

Type M  

Type IFD

Type IFDM

Type DF  

Figure 179: Schémas unifilaire des unités types Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 148 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

IF  - Arrivée/Départ avec sectionneur, disjoncteur, fusible, mise à la terre, TC et TP BT - Coupleur mesures avec sectionneur, disjoncteur, mise à la terre, TC R - Remontée jonction de raccordement avec TP RM - Remontée avec mesures : TP et sa protection sectionneur fusible M  - Mesures avec mise à la terre, TP et sa protection sectionneur fusible à la terre, et àTC  IFD - Arrivée/Départ IFDM - Arrivée/Départdirect directavec avecmise mesures avec TP mise la  terre TC, TP + protection DF - Unité interrupteur sectionneur avec interrupteur, fusible, mise à la terre, TC   

Schéma unifilaire des applications de barre 

Transformateurs de courant TC

Transformateur de

Entrée sous conduit

Sectionneur de terre

tension TP

Figure 180: Schémas unifilaire des applications de barre TP : transformateur de potentiel pour transformateur de tension

Symboles graphiques

Disjoncteur

Contacteur

Transformateur Transformateur de tension de courant

Interrupteur sectionneur

Fusible

Barre de Sectionneur sectionnement 

Terre

Sortie sous câble

Prise et fiche

Sortie en barre

Figure 181: Symboles graphiques Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 149 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Différenciation : même différence pour les appellations en HT et en BT Sectionneur : sans pouvoir de coupure, pour isolement seulement, ouverture hors charge Interrupteur : coupure en charge du courant pour il lequel il a été fabriqué Disjoncteur : interrupteur équipé d’un système autonome de coupure automatique (mécanique et/ou électrique) en cas de surintensité Contacteur : coupure en charge, commande par système électromagnétique (bobine) lui-même contrôlé par un circuit auxiliaire.

Légende des composants (sur schémas ci-dessus) Composants standard : trait noir  Accessoires :

trait bleu

Solutions alternatives :

trait rouge 

La mise à la terre  Elle est systématiquement présente sur toute cellule se raccordant sur un câble d’arrivée ou de départ. Présente également quand un accès interne pour travaux est nécessaire (sur TP par exemple). En fonctionnement normal, le sectionneur de mise à la terre est en position ouverte, verrouillé avec les autres appareils qui eux sont enclenchés. En position fermé (en contact avec la terre, les verrouillages, les cadenas empêchent la fermeture des interrupteurs, contacteurs, sectionneurs, interrupteurs.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 150 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

6.3. PROTECTIONS DANS LES CIRCUITS HT Déclenchements circuit principal Les cellules sont équipées d’organes de coupure puissance, voyons plus en détail les disjoncteurs, interrupteurs, sectionneurs, contacteurs. Figure 182: Disjoncteur sous vide embrochable Le disjoncteur est doté d’une commande mécanique à accumulation d’énergie. Le déclenchement est libre et il permet donc des manœuvres d’ouverture et de fermeture, indépendantes de l’opérateur.  l’opérateur.  Figure 183: Disjoncteur sous gaz SF6 embrochable Le système des ressorts de commande est à rebandage manuel ou à l’aide d’un moto réducteur. L’on utilise pour la coupure du gaz type « SF6 », car il est de fabrication aisée et, raison principale, c’est un excellent ‘amortisseur’ d’arc qui apparaît lors d’une coupure

Figure 184: Contacteur sous vide (ou SF6) avec fusibles Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 151 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Les unités DF référence ABB) sont équipées d’interrupteurs- sectionneurs type NAL. Ces unitésde sont employées pour la manoeuvre et lales protection lignes et de transformateurs ou dans centrales électriques pour les transformateurs des services auxiliaires. Figure 185: Interrupteur-sectionneur I nterrupteur-sectionneur

Commandes des protections et mesures : Seules, 2 mesures sont effectuées : la tension et l’intensité.  Mesures de courant par phase, pour le neutre, de courant vers la terre, mesures de tensions entre phases, entre phases et neutre, potentiel avec la terre, mais uniquement ‘U’ et ‘I’ ; A partir des valeurs de tension et d’intensité, les diverses puissances, le facteur de puissance (cos φ), etc, sont calculés

Aucune mesure n’est effectuée (directement) en HT (?) Les valeurs de tension sont ramenées r amenées en basse tension (autour de 100V) au moyen de TP (Transformateur de Potentiel) et de TC (Transformateur de Courant). Dans les cellules HT, les parties sous haute tension (> 1000V) ne sont jamais   lorsque ces mêmes cellules sont en service. accessibles Seules les tensions et intensité transformées par les TP et TC sont accessibles pour les mesures et le dépannage dans le compartiment BT de la cellule HT.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 152 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Transformateurs toriques de courant : Les transformateurs de courant sont de type isolé dans la résine et ils sont employés pour l’alimentation de mesures et protections. Ces transformateurs peuvent être à noyau fermé ou ouvrable. Ils peuvent être employés aussi bien pour la mesure des courants de phase que pour la détection du courant de défaut à la terre. Ils sont conformes aux normes CEI 60044-1.

Figure 186: Transformateur torique de courant Note : ne jamais laisser ouvert le secondaire d’un TC (primaire en service), s’il n’est pas utilisé, le secondaire du TC doit être court-circuité.

Transformateurs de tension Les transformateurs de tension sont de type isolé dans la résine et ils sont employés pour l’alimentation de mesures et protections. Ils sont disponibles dans la version à montage fixe ou sur chariots démontables et débrochables. Ils sont conformes aux normes CEI 60044-2. Les dimensions sont en accord au standard DIN 42600 Ces transformateurs peuvent être à un ou deux pôles, avec des performances et des classes de précision adaptées aux exigences fonctionnelles des instruments qui leur sont raccordés.  raccordés. 

Figure 187: Bloc de 3 TP en cellule ABB

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 153 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Unités de protection par départ, chaque type de protection possède un code (voir table ci-après), l’ensemble de ces protections est regroupé sur un relais de référence propre au fabricant Exemples pour un départ protection moteur :

Figure 188: Protection typique pour moteurs Figure 189: Protection typique pour moteurs de niveau standard à exigences élevées Les TC et les TP alimentent un relais à choisir dans la gamme adaptée :

Figure 190: Une gamme des relais ABB Merlin Gérin (un autre fabricant présent sur les sites Total) effectue les protections multifonctions avec le relais type « Sepam » Figure 191: Relais type "SEPAM"

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 154 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Code

En anglais - original

En français – traduction / explication

27

System undervoltage

Manque de tension

27D 27R

Positive sequence undervoltag undervoltage e Remanent undervoltage

Manque de tension différentielle Tension rémanente (après coupure)

32P

Real over power

Moteur devenant générateur

Reactive over power (field loss)

Surpuissanc Surpuissance e reactive (perte excitation) Sous courant (moteur en sous charge exemple, pompe ayant perdu l’amorçage l’amorçage)) Température excessive (enroulemen (enroulements/paliers) ts/paliers)

32Q/40 37 38/49T

Phase under current Temperature monitoring (Pt 100)

46

Negative sequence unbalance

47

Phase rotation direction check

Phases déséquilibrées déséquilibrées (rupture de phase, inversion, ‘I’ phases trop différents,…) Contrôle d’ordre des phases

48

Excessive starting time

Temps de démarrage trop long

49

Thermal overload

Surintensité du relais thermique

50

Instantaneous phase overcurrent

Surintensité instantanée de phase

51

Time phase current

Surintensité retardée (temps réglable)

51LR

Locked rotor

Rotor bloqué

51N

Time earth fault

51V

Voltage restrained over current

Défaut terre retardé (temps réglable Faible voltage et surintensité (protection générateur en cas de court-circuit) Surtension Tension du neutre (pour système non à la terre, surveillance de la tension du neutre)

59 59N 66 67

System overvoltage Neutral voltage displacemen displacementt Starts per hour

Démarrage par heure (limitation du nombre)

Directional over current

81

Over frequency

Surintensité directionnel directionnelle le (inversion) Défaut terre directionnel (courant de défaut inversé – par capacitance, alimentatio alimentation n parallèle de transfo Surfréquence

81

Under frequency

Sousfréquenc Sousfréquence e

87B

Busbars differential

Défaut différentiel sur le jeu de barres

87G

Generator differential

Défaut différentiel alim. Générateur

87M

Motor differential

Défaut différentiel départ moteur

87T

Transformer differential

Défaut différentiel départ transformateur

67N

Directional earth fault

Figure 192: Code international pour la numérotation des protections HT / BT(1) Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 155 de 230

   

 

 

 

Code

Control and monitoring

26

External thermal relay

30

Alarm

63

Buccholz detection of gas, pressure

68

Logic discriminat discrimination ion

69

Inhibit closing

86

Lockout relay Trip circuit supervision, detection of plugged connectors Recloser

74 79

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 193: Code international pour la numérotation des protections HT / BT (2) En utilisation pour les électriciens, cette table peut vous aider à comprendre et à quoi servent ces numéros sur le schéma unifilaire et sur les cellules HT. Des sigles existent aussi pour ces fonctions que vous pourrez découvrir sur site dans les documents concernés.

Protection homopolaire : Simplement pour savoir ce que çà veut dire. C’est un terme bien souvent employé en parlant du « poste HT » mais bien souvent mal interprété…. La protection homopolaire est la protection d’un jeu de barres HT d’un ensemble de cellules contre les défauts de terre au niveau des cellules elles-mêmes Si un défaut de terre se produit, ili l faut un système pour le mesurer, et si le défaut est trop important, il faut déclencher Il faut créer un « neutre artificiel », qui peut être fait avec des résistances (utilisé en BT principalement) mais ici l’on emploie un « transformateur homopolaire » dont le neutre des enroulements primaires est relié à la terre (au travers d’une impédance pour limitation du courant). Le secondaire de ce transfo t ransfo est ‘chargé’ au minimum avec une résistance Un courant de défaut du jeu de barres retournera au générateur (ou transfo) au travers du neutre et des enroulements du transfo homopolaire, un TC détecte ce courant, le transmet à un relais à seuil qui à son tour transmet alarme et déclenchement.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 156 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

  Armoire HT Générateur 

x

Ph1 Jeu de barres A

x x

Z

Jeu de barres B

Ph2 Ph3

Protection homopolaire

X départ tri avec disjoncteur 

Relais à seuil

R

M

Figure 194: Protection homopolaire

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 157 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

6.4. LA SECURITE DANS LE POSTE HT Le Matériel de marque ‘Catu’ est communément installé sur site Total

Testeur de gant

Figure 195: Gants de protection

 Attention : les gants ne sont pas à utiliser pour manipuler, manipuler, approcher de dess pièces HT sous tension, mais seulement pour manœuvrer en sécurité !! Les gants existent en différentes versions de voltage, choisissez le gant adapté à lla a tension HT de service. Les gants ont une durée de vie limitée (quelques années). Les gants sont réservés à des manœuvres d’ordre électrique, pas à autre chose.

Figure 196: Exemple d’équipement complet de poste HT ou HT/BT Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 158 de 230

   

 

 

 

Figure 197: Nomenclature et référence ‘Catu’

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 159 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Un électricien intervenant dans un poste doit avoir au minimum le kit ci-après. Ce kit est de toute manière le minimum à installer, en permanence dans un pote HT. Il est généralement placé sur un support mural

Figure 198: Kits d'intervention pour postes de transformation  A compléter avec un détecteur détecteur de tension (perche munie d’une mie à la terre + détec détecteur) teur)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 160 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

7. LES ARMOIRES BASSE TENSION Tension d’utilisation utilisée sur les sites : 400 400/230V /230V (ou 380/220V)

Question : pourquoi c’est l’indication 400/230V qui est indiquée sur les plans et schémas alors que les récepteurs sont en 380 et 220V ?  C’est

une nouvelle norme

 pour

pallier aux chutes en ligne

 C’est

la même chose

Nous considérons ici, les armoires BT distribuant la puissance, les armoires de rrelayage, elayage, et de contrôle sont soit associées à l’instrumentation (avec les PLC), soit intégrées dans des ‘skids’ constructeurs (contrôle des séquences de compresseurs par exemple) La partie contrôle dans les armoires de puissance est représentée par les commandes de démarrage des récepteurs (les moteurs), les commandes de déclenchement (disjoncteurs, relais), la visualisation des alarmes, les commandes venant de l’instrumentation, des armoires à relais, des PLC. La tension des circuits de contrôle est « variable » suivant suivant les utilisations (de 24V à 220V et même 380V)

7.1. LA DISTRIBUTION PRINCIPALE (MCC) Question : vous rencontrerez systématiquement le terme ‘MCC’ (hors de France puisque c’est un sigle anglais), que veut-il dire ?  Management

Control Circuit

 Motor

Control Center

 Machine

Current Control

Le tableau principal BT est celui qui est alimenté directement par la source d’énergie principale soit le ou les générateur(s) BT, soit le ou les transformateur(s) HT/BT Figure 199: Tableau principal BT Le tableau général Basse Tension est (presque toujours) un assemblage de cellules modulaires comme pour ce schéma en matériel ABB ci contre. Figure 200: Tableau général BT

Figure 200: Tableau général BT Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 161 de 230

   

      Sur les sites Total, les réalisations sont avec le matériel Schneider (Merlin Gérin), ABB, Alstom (Siemens).

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

D’autres fabrications peuvent bien entendu être rencontrées Figure 201: Réalisation en matériel Siemens

7.1.1. Constitution des armoires BT L’appellation MCC se justifie dans la fonction principale de la distribution BT avec les tiroirs de protections. Un départ = un tiroir = un câble départ vers le récepteur Chaque tiroir inclut la protection puissance, les commandes et alarmes (éventuellement) Figure 202: Tiroirs de protections En sous-distribution, les armoires sont dimensionnées en fonction du nombre de circuits et des puissances considérées

Figure 203: Armoires de sous-distribution

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 162 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

7.1.2. Le matériel dans les armoires BT

Figure 204: Exemple schématique d’un ensemble de distribution (catalogue Schneider)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 163 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Considérons les principaux composants :

Disjoncteur général Taille et modèle en fonction de l’intensité maximale. Figure 205: Disjoncteur général (1) Le disjoncteur déclenche automatiquement en cas de surintensité et à fortiori en cas de court-circuit (aval). Il est à enclenchement manuel ou automatique. Une alimentation (transfo ou générateur) = un disjoncteur général Figure 206: Disjoncteur général (2)

Jeu de barres de distribution Barres de cuivre distribuant les 3 phases et le neutre, à l’arrière, sur le côté, au dessus dans les cellules de distribution, non accessible alimentées par le disjoncteur général. Figure 207: Barres de distribution (1)  A ne pas confondre avec avec la barre de cuivre du collecteur de terre qui elle est accessible (et que l’on peut toucher – sans danger) Figure 208: Barres de distribution (2)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 164 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Couplage des jeux de barres  Avec plusieurs alimentations, alimentations, la configuration d’un tableau BT, inclus jeux de barres (autantplusieurs que d’alimentation) et le(s) disjoncteur de couplage (Tiein) entre ces alim.’s.

Transfo HT/BT ‘A’

Transfo HT/BT ‘B’

x

Disjoncteur général B

Disjoncteur général A Jeu de barres ‘A’

Figure 209: Couplage de jeux de barres

x

x x

x

Disjoncteur de couplage  jeu de barres

x

x

Jeu de barres ‘B’

En service, avec des Distribution ‘A’ Distribution ‘B’ alimentations par transfo, les alimentations sont rarement mises en parallèle, le ‘tie-in’ étant ouvert ou une alimentation hors service si la charge le permet embrochable/débrochable Tiroirs de distribution : le tiroir embrochable/débrochable Principe de distribution généralisé sur les sites Total. Il autorise une maintenance aisé et un remplacement rapide Chaque tiroir possède un interrupteur (ou disjoncteur) général de coupure qu’il faut ouvrir avant de pouvoir débrocher (verrouillage mécanique) et inversement, que l’on ne peut pas enclencher si le tiroir n’est correctement engagé. Un tiroir a 3 positions Débroché Test (circuit de commande enclenché Embroché (en service) Figure 210: Tiroirs de distribution

Protections : Voir le paragraphe ci-après détaillant fusibles, disjoncteurs, interrupteurs,…

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 165 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Départs : Tout ce qui n’est pas en tiroir (appareillage mobile) est donc fixe dans l’armoire, raccordé sur le jeu de barres de distribution et protégeant / alimentant / contrôlant un récepteur avec disjoncteur / contacteur / fusibles / interrupteur / …etc…

Raccordements des départs : Soit les raccordements puissance et contrôle en aval des protections incorporées au tableau de distribution. Tous les raccordements de câbles s’effectuent sur bornes ou sur plages de raccordement prévus à cet effet. Le raccordement direct sur l’appareil de protection ou de commande n’est autorisé que pour les « sous départs » d’alimentation domestique.

Gaines de raccordement :  Sur le côté des protections des départs (par tiroir ou autre), des gaines de remontées de câbles permettent le passage des câbles puissance et commande qui sont raccordés au niveau du tiroir ou de l’appareillage concerné Figure 211: Gaines de raccordement (1) Figure 212: Gaines de raccordement (2) Gaine à câbles

Raccordements terre : Le conducteur de terre est le conducteur le plus important . Toute armo armoire ire de distribution est est équipée de collecteur de terre servant à raccorder le conducteur « vert jaune » existant dans chaque câble de raccordement puissance ou contrôle.

Tiroirs Barre de terre

Figure 213: Raccordements terre (1) Câbles de raccordeme r accordement nt

Armoire mise à la terre indépendamment

Réseau de terre

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 166 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Et s’il n’est pas incorporé au câble de puissance lui-même, le conducteur de terre est (exceptionnellement) séparé des conducteurs de phase mais ‘attachés’ à

Disjoncteurs modulaires de distribution

ceux-ci.

Barre de terre

Chaque Câble possède un conducteur de terre raccordé sur un collecteur 

Figure 214: Raccordements terre (2)

Réseau de terre

7.2. PROTECTIONS DES CIRCUITS BT DE DISTRIBUTION Les différentes possibilités pour protéger un circuit électrique contre les surcharges sont

Fusibles : Fixe ou sur sectionneur Figure 215: Fusible

Disjoncteur : Ici avec déclencheur thermique et magnétique Figure 216: Disjoncteur

Le départ moteur : Avec sectionneur fusible + contacteur + relais magnétothermique. Une liaison électrique assure le déclenchement du contacteur Figure 217: Départ moteur

Les protections surtension, sous-tension sont des protections générales, nécessitant un relais (adapté) agissant sur le disjoncteur général Les protections pour défaut d’isolement  sont  sont au chapitre suivant

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 167 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

      Départs mono, bi, tri et tétra : Ph

Ph

N

  Mono

Ph

 

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

N

  Bi

Tri

Tétra

Figure 218: Départs mono, bi, tri et tétra Représenté avec des fusibles, notez que le conducteur de neutre n’est pas protégé en mono, il peut l’être en tétra avec une distribution tri+N déséquilibrée  Attention, ne pas confondre distribution mono mono et bi (bi pour 2 phases qui doivent être toutes deux protégées). Le neutre ne doit pas être coupé en régime TN-C (Pourquoi ?)  Le même principe de distribution mono, bi, tri, tétra s’applique au disjoncteurs qui aura 2, 3 ou 4 pôles avec neutre protégé ou non et au départ moteur

7.2.1. Fusibles Les fusiblesIlssont élément de faiblesse voulue en série dans le circuit électrique. sontun composés d’un conducteur quiintroduite a une certaine résistance, calibré pour supporter le courant nominal, mais également pour fondre lorsque le courant est excessif pendant un temps donné. Dans un tel cas, il fond et interrompt le circuit.

Caractéristiques définissant un fusible : Le courant nominal : par exemple Inom =10 Amp. C’est ce que le fusible laisse l aisse passer à coup sûr sans fondre  Le courant de fusion Le pouvoir de coupure

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 168 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Le courant de fusion :

Figure 219: Temps de fusion Le fusible a une courbe comme celle ci-dessus, propre à chaque fabricant. Pour le fusible 10 Amp, je suis certain qu’il fondra au bout de 2 heures avec un courant de 1,6 In soit avec 16 Amp., mais je ne suis pas certain du tout qu’il fondra au bout de 2 heures avec 1,3 In (soit 13 Amp.). Les fabricants proposent différents temps de fusion pour un même courant nominal, en termes courant on parle de fusibles super rapides, rapides, r apides, normaux ou retardés ; Ci après un table indicative correspondant aux coefficients de fusion, qui vous permettra de ne pas vous étonner si vous avez un récepteur en surchauffe protégé par fusible ((çà ((çà a même pas fondu, et mon appareil est foutu…)

Table 14: Coefficients de fusion Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 169 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le pouvoir de coupure: Souvent “ignoré”, cette fonction est très importante. Lorsqu’un court-circuit apparaît, il s’établit et est maximum dans un temps de l’ordre des dizaines de microsecondes et le courant voisine sera cede quezéro. la source (transfo, générateur) peutdes donner en courant une tension Le courant atteint est de l’ordre dizaines de kA avec et le fusible doit être capable d’ouvrir le circuit au lieu de fondre et de fermer ce même circuit. l es cylindriques et à couteaux Les différents types de fusibles : les plus utilisés sont les

Figure 220: Différents types de fusibles

Type cylindrique : Utilisation industrielle et domestique séries gG et aM Figure 221: Fusible cylindrique Figure 222: Exemple de fusible cylindrique

Table 15:Dimensions

Dimensions 8.5 x 31.5 mm 10 x 38 mm 14 x 51 mm

A 8.5 10 14.3

B 31.5 38 51

C 6.3 10 13

D -7.5

des fusibles cylindriques

22 x 58 mm

22.2

58

16

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

7.5

Page 170 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Type à couteaux : Utilisation industrielle

Type gG

Type aM Figure 223: Fusibles à couteaux

Différence gG et aM : Les premiers (gG) sont avec une courbe de fusion plus rapide et sont communément employés pour les circuits d’éclairage, de chauffage. Les fusibles aM avec aM signifiant Accompagnement Moteur peuvent ‘tenir’ une surintensité un peu plus longtemps, intensité telle que le courant de démarrage d’un moteur. Généralement les fusibles gG sont avec inscriptions noires, les aM, inscriptions vertes.

 Accessoires pour fusibles fusibles : Les porte fusibles : pour type cylindrique

Figure 224: Porte fusibles Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 171 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Ceci est une barrette de neutre, Rappel à ce qui a été dit plus haut, pas de fusible pour le neutre Figure 225: Barre de neutre Idem pour le type à couteaux, le neutre est une barre. Quelques autres porte fusibles (matériel à commande manuelle)

Sectionneur Télémécanique

Interrupteur fusible Socomec

Interrupteur fusible Télémécanique

Figure 226: Porte fusibles à commande manuelle

Rupture fusible : Les fusibles peuvent être équipés de percuteurs actionnant un « micro-switch » lui-même intervenant sur le circuit de commande d’un contacteur ou d’un disjoncteur télécommandé ceci pour éviter le fonctionnement des moteurs sur « deux pattes » qui grillent inévitablement au bout de quelques dizaines de minutes. Le système mécanique de transmission de rupture fusible est peu fiable, ceci associé au fait qu’un fusible peut ‘griller’ à une valeur inférieure i nférieure à son Intensité nominale, a entraîné l’abandon de cette protection au profit du disjoncteur en tant que protection moteur (avec le disjoncteur, un problème sur une phase seulement amène immédiatement la coupure)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 172 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

7.2.2. Disjoncteurs

Attention

A gauche : l’interrupteur A droite : Le disjoncteur    Figure 227: Interrupteur

Figure 228: Disjoncteur

Les interrupteurs : Cet appareil ci contre est également un interrupteur et comme dans l’exemple ci-dessus pour le NS160 de Merlin Gérin, un interrupteur et un disjoncteur  peuvent  peuvent être (à la base) le même appareil avec les mêmes organes de coupure, les mêmes accessoires (de déclenchement, d’alarme). Le disjoncteur a un « truc » en plus, il est équipé d’un système autonome de déclenchement contre les surcharges de courant. Figure 229: Interrupteur

Figure 230: Interpact de Merlin Gérin

Figure 231: ‘Change-over’ switch avec Interpact’s

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 173 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Utilisation des interrupteurs de puissance:

MCC Tableau principal

 Arrêt d’urgence Obligatoire

Protection par dis dis on onct cteu eur  r 

Câble de liaison

Tableau local

Interrupteur  

Figure 232: Protection par disjoncteur en amont et interrupteur en aval Sur site Total, cette configuration est rarement employée, elle est pourtant suffisante et répond aux normes et à la sécurité électrique : un disjoncteur en amont et un interrupteur i nterrupteur en aval L’on trouve (sur site Total) 2 disjoncteurs rigoureusement identiques, l’un au tableau principal, l’autre au secondaire, soit la même protection en série, c’est un luxe superflu, la fonction première d’un disjoncteur est de protéger la ligne (le câble).

Caractéristiques du disjoncteur : Un disjoncteur est un appareil électromécanique capable d’établir, de supporter et d’interrompre un courant dans un circuit électrique, même en cas de surcharge et de court-circuit. Un disjoncteur  protège  protège l’installation contre les surcharges thermiques et contre les courts-circuits. En outre il doit être capable d’interrompre le circuit quel que soit le courant qui le traverse, jusqu’à son pouvoir de coupure ultime I CCUU qui est de quelques dizaines de kilo ampères. En version multipolaire, il est capable d’établir, de surveiller et d’interrompre simultanément les 3 phases d’une alimentation triphasée, même si le défaut ne se produit que sur une phase.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 174 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Il comporte deux types de déclencheurs :

Le déclencheur thermique, Qui actionne l’appareil après un certain temps en cas de surcharge ;

Le déclencheur magnétique, Qui intervient immédiatement en cas de court-circuit. Figure 233: Déclencheur thermique et déclencheur magnétique

Le déclencheur thermique  Agit comme le fusible, il lui faut un temps de « chauffe » pour déclencher à son intensité nominale (Inom), valeur de caractéristique

Temps

Plus l’intensité est grande et plus il déclenche vite

Inom (Intensité nominale)

Figure 234: Échelle logarithmique pour le temps et intensité d'un déclencheur thermique

Le déclencheur magnétique  Agit (presque) instantanément, c’est la Temps protection contre les courants de démarrage trop importants ou devenant soudainement 100s Inom trop important (rotor bloqué) et bien thermique entendu le court-circuit. 10s Inom Le déclenchement du disjoncteur est après 1s magnétique quelques dizaines de ms du à l’inertie mécanique 100ms

Figure 235: Graphique pour le temps et 10ms intensité d'un déclencheur magnétique

1 10 100 1000 10k Inom Intensité en Amp;

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 175 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Le pouvoir de coupure Il est à associer aux fonctions thermiques et magnétiques. C’est la ‘capabilité’ de l’appareil « tenir » un courant trcourtès important à(les kilo-ampères d’untrès circuit) pendant quelques dizaines de millisecondes, le temps que le déclenchement magnétique opère après le délai du à l’inertie. Déjà ‘évoqué’ avec les fusibles : un courant ce court-circuit (Icc) s’établit en quelques dizaines de microsecondes Figure 236: Pouvoir de coupure

Temps 100s 10s

Inom

magnétique

thermique

1s

Pouvoir de coupure

100ms 10ms

Inom

1 10 100 1000 10k Inom

Intensité en Amp;

Et en associant ces 3 fonctions, l’on obtient la courbe de déclenchement d’un disjoncteur magnétothermique : ‘1’ : thermique - ‘2’ : magnétique

Figure 237: Courbe de déclenchement disjoncteur magnétothermique Regarder la ‘façade’ d’un disjoncteur, vous voyez ce ‘signe cabalistique’ parmi les caractéristiques techniques. C’est, en fait, ce qui représente la courbe de déclenchement que vous ne trouvez pas sur un interrupteur.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 176 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Technologie d’un disjoncteur : ( modulaire) modulaire) Un disjoncteur est constitué de plusieurs éléments, comme le montre la figure ci-contre : Les pièces enveloppes : coquille (1) et couvercle ; Les pièces spécifiques pour la coupure de courant et l’extinction de l’arc: chambre de coupure (2), tôle d’arc (3), vis de réglage (4), sous-ensemble serrure (5) ; Les déclencheurs : sousensemble thermique (6), sous-ensemble magnétique (7). Figure 238: Constitution d'un disjoncteur

Choix et sélection d’un disjoncteur : Un disjoncteur est caractérisé (critères de sélection) par

Intensité nominale, (essentiellement), ‘on dit’, un disjoncteur 20A Tension nominale, service en CC ou C CA A de 24 à 690V Nombre de pôles, de 2 à 4 pôles Pouvoir de coupure, Type de déclencheur  : : thermique (seul) ou magnétique (seul) ou les deux. Le choix de celui-ci est fonction de la charge qu’il faut connaître, par exemple un moteur prend au démarrage 3,5 In, l’on prend un déclencheur thermique correspondant à l’intensité pleine charge (multiplié par 1,1 ou 1,15, ou 1,2) et un déclencheur magnétique 4 à 5 fois In

Et il ne reste plus qu’à choisir le disjoncteur sur un catalogue constructeur, vous avez quelques centaines de pages à consulter (par type !) , ne vous trompez pas ! Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 177 de 230

   

      Il y a ‘le choix’ entre le :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  odulaire à Modulaire,m cause du ‘pas’ de 9mm de large uniformisé pour tous les constructeurs. Protection In jusque 100/125A

Compact : jusque 800A Protection générale : de 600 à 3200A (Schneider) et 6000A (Siemens) Figure 239: Disjoncteur modulaire, disjoncteur compact et disjoncteur général (heavy duty) Et dans votre choix vous devriez aussi spécifier s’il faut Contact auxiliaire : pour indication ouvert / fermé en circuit commande/contrôle Contact de défaut : signalisation déclenchement Bobine de déclenchement Mx pour déclenchement à émission de courant Bobine de déclenchement Mn pour déclenchement à manque de tension Système différentiel : paragraphe suivant Etc… Il y a encore un autre paramètre important relatif au pouvoir de coupure (breaking capacity), c’est la valeur de crête (making crête (making capacity) du courant de court-circuit à couper L’intensité du ‘pouvoir de coupure’ est exprimée en valeur efficace (Ieff ) et l’intensité de crête est la valeur maximale que peut atteindre le courant sur charge inductive en valeur instantanée (jusque 2,5 fois la valeur efficace de Icc) Ce n’est pas si simple de choisir le « bon disjoncteur », nombre d’électriciens (de base…) ‘se plantent’ d’ailleurs. Ci-après quelques compléments d’information pour choisir et pour vous évier de dire lorsque vous remplacerez un disjoncteur ‘à la maison’ :  j’comprends  pas, j’ai mis un 10A, le circuit ne prend que 2A et ça déclenche déclenche ?

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 178 de 230

   

      Sélection déclenchement magnétique :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Le choix de la protection thermique (Ith) est relativement simple, c’est l’intensité nominale. La protection magnétique (Im) d’un disjoncteur est Soit fixe :’ x’ fois l’intensité nominale nominale ou une valeur valeur préétablie. Soit réglable : n’existe pas pour les modulaires mais pour les Compacts et Masterpacts Pour les modulaires : le déclenchement Im est donc ‘x’ fois Ith et ce en 4 catégories Catégorie ‘A’ : 2 à 3 fois In Catégorie ‘B’ : 3 à 5 fois In Catégorie ‘C’ : 5 à 10 fois In Catégorie ‘D’ : 10 à 20 fois In Le déclenchement In correspondant à Ith donné par le constructeur comporte une approximation, la valeur Im est en conséquence une approximation puisque c’est un produit de In, ce pourquoi le déclenchement Im ne peut être une valeur fixe. Cette classification (la courbe de déclenchement) de ‘A’ à ‘D’ est une nouvelle norme internationale acceptée par (presque) tous les constructeurs (ABB, Siemens, Général électric,…). Figure 240: Courbe de déclenchement Le français Schneider/ Merlin-Gérin se fait « tirer l’oreille » pour suivre ces normes et vous risquez de

trouver encore les classifications propres à Merlin-Gérin (L, U, Z, D,…) donnant des « courbes » de Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 179 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  déclenchement (presque) identique mais seulement avec des appellations différentes Ci-contre les courbes de déclenchement des appareils modulaires de marque Siemens, en bleu, le déclenchement thermique, les autres couleurs correspondent correspondent aux 4 version versionss des déclenchements magnétiques Et pour la sélection, ne pas oublier le pouvoir de coupure. Pour les disjoncteurs MerlinGérin, dans la référence, c’est une lettre qui s’ajoute à la fin (N, L, H, …) lettre correspondant (suivant le type) à par exemple 6kA, 10kA, 15kA,… En reprenant l’exemple du disjoncteur de 10A déclenchant pour une charge de 2A, c’est normal si c’est un type à courbe ‘A’ ou ‘B’, il faut prendre au moins un type ‘C’ si en l’occurrence la charge est une rampe de tubes luminescents (fluos) qui prennent un pic de 10 fois (minimum) l’intensité en amorçage.

2A

Figure 241: Courbe de déclenchement d’un disjoncteur 10 A avec courant en abscisse et temps en ordonnée 10A

Figure 242: Déclencheur thermique et magnétique réglable Pour les ‘plus gros’ disjoncteurs, ils sont (généralement) équipés de déclencheurs thermiques et magnétiques réglables. C’est le ‘bloc’ rajouté à un interrupteur, ici pour un NS250 (Merlin-Gérin) équipé d’un déclencheur 250A, la valeur thermique (Ith) est réglée à 250 x 0.96 = 240A, le déclenchement magnétique est 8 x Ith = 8 x 240 = 1920A

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 180 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Sélectivité : De même que pour les fusibles, c’est une association « en cascade » des déclenchements

CB1 CB4

 

Figure 243: Sélectivité Le même appareil (général ou compact) peut être équipé de plusieurs déclenchement magnétiques (2 à 6 suivant type et constructeur), chaque seuil de courant Im ayant un délai (temps) réglable avant de « libérer » le déclenchement. Le disjoncteur général doit au moins être équipé de plusieurs seuils de déclenchement  magnétiques réglables en temps pour les différents seuils, ceci afin de ne pas déclencher avant les disjoncteurs secondaires Figure 244: Seuils de déclenchement Et si, sur votre site, le l e disjoncteur général n’est muni que d’un seul seuil de déclenchement (par souci d’économie…), ne vous étonner pas si c’est lui qui déclenche, ce type d’appareil a une réponse plus rapide (10millisecondes) qu’un disjoncteur compact (20millisecondes), vous aurez un ‘shutdown’ général, mais n’engueulez pas l’électricien, il ne peut rien faire… , il faudra que « quelqu’un » autorise la commande d’un déclencheur « adéquate ».

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 181 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Contacteur/disjoncteur ou disjoncteur télécommandé :  C’est un principe utilisé sur nombre de sites industriels pour la commande et protection de moteurs de faibles (et moyennes maintenant) sites Total. puissances. Peut-être y en a-t-il ou y en aura-t-il sur les Cet appareil regroupe la protection thermique du disjoncteur et la possibilité de ‘marche / arrêt’ avec le système contacteur, le tout sur le même appareil donc plus économique et tout aussi fiable qu’un disjoncteur ‘normal’ associé à un contacteur. Figure 245: Disjoncteur ttélécommandé élécommandé

7.2.3. Relais thermique/m thermique/magnétique agnétique Où, relais magnétothermique que vous trouverez dans les tiroirs des MCC sur tous les sites Total. Il est obligatoirement associé à un contacteur (qui coupe le courant principal) et à une protection fusible qui assure le pouvoir de coupure Il ne doit pas être associé à un disjoncteur puisque celui-ci a les mêmes fonctions, thermiques et magnétiques.

Relais magnéto

Thermique

thermique

Figure 246: Relais magnéto -thermique

Magnétique

Suivant les ‘calibres’ et dimensions, il est fixé directement sous le contacteur ou câblé en armoire, en tiroir, sur platine. Figure 247: Relais thermique (1)

Il peut être thermique uniquement (les 2 représentation). Un contact auxiliaire déclenche le contacteur

Figure 248: Relais thermique (2)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 182 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

7.2.4. PROTECTION DU PERSONNEL EN TABLEAU / RESEAU BT Les différentes possibilités pour protéger un circuit électrique contre les défauts électriques, les défauts d’isolem d’isolement ent sont avec la protection géné générale rale (les contrôleurs permanents d’isolement), et avec la distribution, la protection différentielle (residual current detection system)

7.2.5. Contrôleur permanent d’isolement : le CPI C’est la surveillance du réseau de distribution BT à partir de la source d’énergie (générateur ou transformateur) L’un des plus employés en France et sur site est le « Vigilohm » de Merlin Gérin dans diverses versions. D’autres constructeurs proposent un matériel équivalent autre nom, mais « Vigilohm avec » est un bien ancré chez les le terme électriciens français et vous saurez que ‘l’on’ ‘ l’on’ parle du CPI (Contrôleur Permanent d’Isolement Figure 249: Contrôleur d'isolement Les premiers CPI généraient un courant continu (ils existent toujours), dorénavant, c’est un courant alternatif à faible fréquence et avec un format « spécial » qui est généré. L’appareil est branché entre la distribution et la terre. Le courant généré se superpose au courant réseau et passe par les « isolements » pour revenir à sa source, le CPI, qui mesure le courant de retour et établit la l a valeur de la résistance (ou résistivité) du réseau concerné. C’est l’indication (permanente) que vous voyez sur l’appareil

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 183 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

 

Générateur BT ou Transfo

x

Ph1

x

Ph2

x

Ph3

Z CPI

Armoire BT

400 V 400 V

Jeu de barres A

Jeu de barres B

400 V

Le CPI est un générateur d’un coura co urant nt « sp spéci écial al » qui n’est reconnu que par lui-même

2ème X départ tri avec disjoncteur 

CPI Si plusieurs sources d’énergie existent, une autre surveillance est nécessaire pour l’autre circuit de distribution

M

  Figure 250: Principe de raccordement / fonctionnement du CPI en régime IT Le principe fonctionne également en régime TT et même avec un neutre non distribué (enroulements triangle), il suffit de faire un neutre artificiel.

Générateur BT ou Transfo

En fonctionnement « normal », le CPI mesure la résistance du réseau avec toutes les résistances d’isolement en parallèle et indique une grande résistance (pour un faible courant de (fuites) Un défaut apparaît, circuit bleu, en parallèle (circuit rouge), le CPI fait passer « son » courant par une faible résistance, le courant CPI augmente, la résistance mesurée diminue, au seuil sélectionné, le CPI émet une alarme et/ou un signal de ‘trip’

x

Ph1

x

Ph2

x

Ph3

CPI

M

Figure 251: CPI

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 184 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

 XM200

Merlin-Gérin TR22

TR5

Socomec ALD590

Figure 252: Différents types de CPI

Localisation du courant de défaut : Sur site, quand le « Vigilohm » n’indique plus de Méga Ohms mais passe au kilo Ohms, il faut (sérieusement) commencer à s’inquiéter. Si le réseau est important, une multitude de faibles courants défauts amènent en parallèle un courant de ‘fuite’ conséquent, il faut rechercher les défauts les plus importants, là résistance estoù la la plus faible. d’isolement Figure 253: Recherche de défauts L’électricien, en recherche de défaut d’isolement est bien souvent « embêté ». Il n’a pas d’excuse si l’installation est avec un XM200 (ou équivalent) et s’il dispose d’un kit de détection Les pinces, le boîtier de lecture et en route…. Les pinces ne sont pas des pinces ampèremètriques, ce n’est pas un système différentiel.

Figure 254: Différents types de pinces Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 185 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  On peut mettre la pince sur une phase, sur plusieurs phases, sur le câble complet, pas de problème, les différentes pinces sont pour les différents diamètres de fil ou câble. Et si l’installation ne possède pas de « Vigilohm », si c’est un autre matériel, il suffit de faire son propre CPI avec un générateur mobile, brancher entre une phase et la de terre (en ( en déconnectant l’autre matériel évidemment), et l’onà recherche où passe le courant défaut. La recherche de défaut va très vite ainsi, pas des heures voire des journées de recherche. Ce kit de recherche de défaut ne vaut pas grand-chose, pourquoi s’en passer ! D’autres fabricants proposent des kits de recherche de défaut également, suggérez donc à l’électricien d’en avoir un si ce n’est déjà fait. Figure 255: Kit de recherche de défaut La surveillance et la recherche de défaut par CPI « marche » également pour une distribution en courant continu (instrumentation) puisqu’un courant alternatif est généré par ce CPI.

différentielle le 7.2.6. Protection différentiel C’est le système qui mesure un courant de défaut « résiduel » et qui lorsque ce courant devient ‘dangereux’, le signale ou fait déclencher un appareil de coupure. Un peu de théorie pour comprendre le principe

x

x

x

x I aller = I retour 

 A Pince ampèremétrique

 A Pince ampèremétrique

Composante vectorielle = 0

Charge

 

 

Charge

Figure 256: Mesure d’intensité Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 186 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Soit une alimentation bipolaire d’une charge (Ph + N ou 2 phases, cela est identique)  A gauche, je prends une intensité, intensité, l’ampèremètre dévie.  A droite,‘t’ je la pince les 2 conducteurs, conduc teurs, le dans courant estretour zéro car même instant deplace mesure les 2 sur courants s’annulent l’un un mesuré sens et le dansaul’autre sens. x

x

x x x I aller = I retour 

Id

+ I défaut

Id

« L’a L’ampèr mpèremè emètre tre » mesure le courant de défaut

Charge

Charge Retour courant défaut

Retour courant défaut

  Figure 257: Mesure de courant de défaut  Avec un défaut de terre, une partie du courant courant retourne à la source par les masses. En alimentation 2 pôles, le courant retour est inférieur au courant aller, mais le « détecteur » mesure maintenant l’équivalent du défaut de fuite, il a mesuré la différence, c’est un détecteur différentiel, ou un détecteur de courant résiduel. (RCD pour Residual Current Detector) En triphasé, sans défaut la composante des 3 intensités est égale à 0 (essayer avec une pince ampèremétrique sur un câble); dès qu’apparaît un défaut il est mesuré par le « détecteur différentiel ».

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 187 de 230

   

      Réalisation du détecteur différentiel :

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Tores séparés connectés sur un relais (à seuil)

Figure 258: Tores fermés, tores ouvrants et relais « Vigirex » connecté sur le ‘secondaire’ du tore

Passage du câble dans les tores : Le courant de défaut retourne à la source par la terre et utilise le chemin le plus ‘facile’, soit le conducteur de terre intégré au câble d’alimentation. SI l’on ne passe pas le conducteur de terre « à côté » du tore mais à l’intérieur, la composante défaut passe aussi pars’annulent. ce même tore et aucun courant n’est détecté puisque tous les courants Pour le raccordement au niveau des tiroirs tir oirs dans les ‘MCC’, la construction prévoit des tores dans les gaines à câbles. Le câble de puissance doit être dénudé suffisamment avant pour faire passer le conducteur de terre sur le côté (et le raccorder à la barre de terre) Figure 259: Passage du câble dans le tore (1) Si vous êtes sur un site en construction, allez voir l’électricien faisant les branchements, vous aurez peut-être le « plaisir » de lui dire qu’il est en

train de se planter… Figure 260: Passage du câble dans le tore (1) Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 188 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Tores différentiels associés à des disjoncteurs ou des interrupteurs

Représentation graphique pour un pôle : le disjoncteur + déclencheur thermique + déclencheur magnétique + déclencheur à courant résiduel

(différentiel)  Figure 261: Représentation graphique pour un pôle

Disjoncteur différentiel pré monté Caractéristiques : 2 pôles : Phase et Neutre Phase protégée par magnétothermique Thermique à 16 A Magn. à ?? (*) Neutre non protégé (normal) Tension de service : 230V Pouvoir de coupure 10 kA Différentiel : 30 mA Figure 262: Disjoncteur différentiel (*) Merlin Gérin indique la courbe de déclenchement par un ‘sticker’ sur le côté

+ + 

=

Disjoncteur  différentiel  différentiel ‘ABB’ 3 pôles le bloc puissanc puissance e est pour la protection thermique et magnétique, le bloc additif est différentiel 30 ou 300mA

Interrupteur différentiel ‘ABB’  Au moins ‘ABB’ fait l’interrupteur d’une   autre couleur….. c’est uniquement le bloc différentiel qui fait déclencher automatiquement l’inter.

=

Figure 263: Disjoncteur différentiel et interrupteur différentiel ABB Même chose pour le matériel Merlin-Gérin en 2, 3 ou 4 pôles

Figure 264: Disjoncteur Merlin-Gérin Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 189 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Les blocs différentiels associés à des appareils modulaires ont des seuils de déclenchement de courant résiduels fixes, 2 valeurs (*):

30mA 300mA

+

Figure 265: Bloc différentiel (1) Figure 266: Bloc différentiel (2)

* 10 et 500mA également en application domestique La gamme des modulaires est jusque 60 ou 125A (suivant les constructeurs) pour la protection thermique. La gamme des ‘compacts’ est généralement équipée de déclencheur différentiel à tore séparé Figure 267: Disjoncteur Masterpact avec tore séparé La gamme des disjoncteurs Masterpact est systématiquement équipée à tore séparé Mais le ‘bloc différentiel’ peut être associé au disjoncteur dans la gamme des ‘compact’ Déclencheur thermique (et) magnétique

Déclencheur différentiel Le seuil de déclenchement du courant résiduel est (généralement) réglable sur les relais séparés ou les blocs additifs en courant (de 0,010 à 11) et en temps (pour la sélectivité différentielle). Faîtes vous expliquer çà par l’instructeur si vous désirez approfondir la question.

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 190 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Utilisation des disjoncteurs + différentiels (sur site Total)

x

x

x

Moteur 300mA

Skid 300mA

MCC jeu de barres

x

HVAC 300mA

x

Armoire 300mA

x

Prises Etc….. 30mA 300mA

Armoire

x

éclairage jeu de barres

x

Eclairage Éclairage 300mA 300mA

x

Prises 30mA

x

Prises Etc….. 30mA 300mA ou 30mA

Figure 268: Utilisation des disjoncteurs + différentiels Les départs depuis la MCC alimentant un récepteur sont avec protection différentielle 300mA sauf les prises de courant (et application spéciale) qui sont protégées 30mA et ce quel que soit la taille de la prise de courant En sous distribution éclairage, les circuits alimentation éclairage (lumière) sont protégés 300 mA, les prises de courant 30mA  En alimentation cascade, la sélectivité joue ; la protection amont doit avoir un seuil plus élevé ou un dispositif délai (en temps). Par exemple, le schéma ci-dessus est « faux ». Pour la protection de l’armoire d’éclairage, la protection différentielle MCC sera 500 à 1A ou 300mA retardée 0,5 à 1sec. Faites confiance au projet et à l’électricien pour ces « détails »…

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 191 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

7.3. CIRCUITS DE DISTRIBUTION Reprenons le schéma d’ensemble déjà présenté plus haut dans ce cours

Figure 269: Circuits de distribution

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 192 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  La sous distribution : Un câble de puissance sortant d’une armoire (générale ou secondaire) doit être protégé contre les surintensités par soit : fusibles, disjoncteur (thermique et/ou magnétique), relais (thermique et/ou magnétique). Généralement associé à la protection fusible Les interrupteurs et contacteurs viennent en complément d’une de ces 3 protections Un câble de puissance entrant dans une armoire de sous-distribution doit être connecté sur un organe de coupure en charge (interrupteur).

7.3.1. Normal / Secours Ou le Normal / Emergency Transfo

Transfo

HT/BT ‘A’

HT/BT ‘B’

Disjoncteur

x

Disjoncteur

x

MCC

x

Jeu de barres ‘A’

x

x

Disjoncteur ‘G’

général B

général A

G 003 1MW /400V

GE

x

Distribution ‘A’

Armoire

Secours

x

x

Jeu de

Disjoncteur de couplage  jeu de b arres

barres ‘B’

x

x

x

Disjoncteur ‘SB’ Disjoncteur ‘SA’

Distribution ‘B’

Distribution Secours

  Figure 270: Circuits Normal / Secours Les circuits secourus (UPS, éclairage de sécurité, la cuisine, cuisine, les pompes de sécurité,etc) sont alimentés depuis une armoire Secours spécifique à ces départs jugées suffisamment importants pour être réalimentés en cas de perte d’alimentation principale. Les circuits secourus sont en BT alimentés par un diesel générateur (de très rares

exceptions réalimentent en HT avec transfo élévateur).

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 193 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    En marche ‘normal’, le jeu de barres de l’armoire secours est alimenté par les l es disjoncteurs ‘SA’ et ‘SB’, l’alimentation par ‘G’ étant ouverte. En mode ‘secours’, c’est l’inverse ‘G’ est fermé ‘SA’ et ‘SB’ sont ouverts. Un dispositif de synchronisation (en principe…) équipe ces disjoncteurs pour coupler le générateur de charge) secours soit avecpour le réseau ‘normal’ soit pour les test régulier du générateur (avec mise en la remise en service de l’installation

7.3.2. Secours / Essentiel Ou Emergency / Essentiel Une « notion » complémentaire existe sur site depuis quelques temps, c’est la différenciation entre le secours et l’essentiel.  Après un shutdown (complet (complet avec arrêt des générateurs principaux), principaux), pour la remise en service, il peut y avoir des problèmes de disponibilité de puissance de la part du générateur il faut choisir ce qui est essentiel pour le démarrage (UPS, auxiliaires turbine, …) diesel, et ce qui est non indispensable (éclairage, cuisine, HVAC,…) GE

EDG Armoire ’Normal’

Armoire Secours/Essentiel

Disjoncteur ‘G’

x

Disjoncteur couplage (tie-in)

x

Jeu de barres ‘B’

Jeu de barres Secours

x

Disjoncteur ‘SB’

x

Jeu de barres Essentiel

x x

x

x

x

x

Disjoncteur ‘SA’

Distribution Secours / Emergency

Distribution Essentiel / Essential

Alim. Externe (option ?)

 

Figure 271: Circuits Secours / Essentiel La fonction ‘essentiel’ seule peut être automatique ou manuelle suivant l’équipement du site. Le retour en conditions normales est de toute façon manuel. Et si vous avez un (gros) problème de puissance de la part du générateur secours, il doit toujours y avoir moyen de connecter un diesel de secours (du secours) sur le jeu de barres essentiel. C’est très rare mais çà s’est déjà produit… le ride rideau au complet avec impossibilité de démarrer, l’EDG refusant toute « collaboration ».

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 194 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

7.3.3. Circuits secourus en permanence Ce sont les circuits alimentés par : Les onduleurs généralement en 220V Les chargeurs de batterie et leurs jeux de batteries Ces distributions possèdent leurs propres armoires de protection avec le même type de protection que pour les armoires principales. Les batteries de l’onduleur comme du chargeur sont alimentées en permanence et en ‘floating’ sur la distribution afin de garder l’alimentation sans coupure.  Attention, les batteries ont une autonomie limitée (10 min à 1 heure heure suivant les cas), dépêchez vous de redémarrer au moins le diesel pour réalimenter les chargeurs…, en aval les automates (PLC) et certains circuits de privés télécommunication d’instrumentation causent beaucoup de problèmes lorsqu’ils sont d’alimentationet(sans prévenir)… Jeu de barres MCC normal ou emergency ou essentiel suivant configuration

x

x

x

 AC Onduleur

X DC

x

x

CPI

x

Distribution 220V CA

x

x

CPI

x

Distribution 48V CC

x

x

Instrumentation , Informatique, Télécom, …

Instrumentation , cellules HT, PLC,…

Figure 272: Circuits secourus en permanence Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 195 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

7.4. EXERCICES 67. Soit un moteur triphasé de 55,42 kW cos φ= 0,8 alimenté alimenté en 3x400V en MCC dont le  jeu de barres est spécifié ICC= 30kA, déterminer déterminer les caractéristiques des protections requises sachant que ce moteur à un courant de démarrage = 4 In. 25 40 60 80 sans sans sans sans 100A 100A 200A 300A 10kA 10kA 15kA 10kA 10 ou 30 ou 100 ou 300 ou 500 mA ?

I th Réglage Ith Im fixe Pouvoir coupure Différentiel

100 sans 500A 20kA

125 0,8 à 1 500A 25kA

160 0,6 à 1 500A 40kA

68. Sur le site, un travail de nuit nécessite l’installation d’un éclairage temporaire. 2 projecteurs de 500W sont nécessaires. Il n’y a pas de raccordement prises à proximité,  je suis consciencieux et et décide d’installer un disjoncteur disjoncteur de protection de 2x10 Amp (mes lampes ne consomment que 5 Amp, c’est assez) dans l’armoire de puissance  juste à côté en le raccordant sur le jeu de barres barres de l’armoire. A la mise en service, je prends un flash, le disjoncteur fond, et le plant entier déclenche…. Qu’est ce qui s’est passé ? Choisissez dans les explications ci-après et commentez cet évènement qui n’est pas si anodin et pas si improbable….  Le

câble des projecteurs était en court-circuit

 Le

câble d’alimentation des projecteurs (3G1,5) trop faible

 L’intensité

de déclenchement 10 Amp trop faible



 L’intensité de déclenchement magnétique trop faible  Le pouvoir de coupure du disjoncteur trop faible 69. Je dois travailler avec une perceuse à main, en extérieur sur site industriel en zone humide : la perceuse est classe II, en 220V  Pas

de problème, problème, je la branche sur la prise de courant courant 220V protégé 30 mA diff., à proximité proximité avec une rallonge s’il le faut  Je

la ramène en atelier et demande une perceuse adéqu adéquate ate

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 196 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  70. La même perceuse qu’au dessus (en 3), je dois travailler sur site industriel en salle de contrôle  Pas

de problème, problème, je la branche sur la prise de courant courant 220V protégé 30

mA diff., à proximité proximité avec une rallonge s’il le faut  Je

la ramène en atelier et demande une perceuse adéqu adéquate ate

71. Je suis en extérieur, en zone humide, sur site industriel, je dois travailler avec une perceuse, un lapidaire, une baladeuse, qu’est ce qu’il me faut ?  3

prises de courant courant 220V protection 30mA diff + 3 appareils 220V

 3

appareils 24V + 3 transfo 220/24V + 3 prises de courant 220V protégés 300mA (en supposant que les prises peuvent être 300mA diff.)  3

appareils 24V + 1 transfo 220/24V + 3 prises de courant 24V

Et ne dites pas, c’est l’électricien qui doit savoir, les travaux sont à faire par un peintre et l’opérateur  (en charge) est responsable de la sécurité de ces travaux. Repasser la formation C18510….

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 197 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8. LA SECURITE EN ELECTRICITE Les équipements électriques et instrumentation pour zone à atmosphère explosive (Hazardous Areas) sont classés Ex (ATEX) et sont obligatoirement à installer dans ces zones. Un appareil non spécifié Ex (ATEX) ne doit jamais être monté en zone explosive. Voir le cours spécifique. Une seule remarque ici : aucun appareil Ex ne peut être ouvert sous tension en zone à atmosphère explosive. L’électricien ne doit pas remplacer les l es lampes avec la tension présente, ne doit pas ouvrir un coffret, une armoire sous tension. Une seule exception, les circuits protégés par barrière intrinsèque, en courant faible (4-20 mA et 24V CC) Le matériel présenté en chapitre 8.1 et 8.2. est pour installation en zone « safe » uniquement.

8.1. PRISES DE COURANT SUR SITE (prises industrielles) 

Figure 273: Différents types de prises de courant

Sur les sites Total, les circuits prises de courant allant vers l’unité sont bien souvent hors service ou non connectés, non enclenchés au tableau Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 198 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Sur les sites Total, c’est bien souvent la panique lorsqu’il s’agit de connecter le câble d’une machine quelconque sur les prises de courant disponibles ; çà ne correspond « jamais ».

Il existe pourtant une norme internationale, appliquée par bon nombre de pays depuis les ‘années 80’. Un technicien allemand n’aura pas de problème pour connecter son appareil au Japon, un british est à l’aise en Italie et ainsi de suite, un Portugais sur un chantier en France mais dans une usine ‘étrangère’. En France, on y arrive à la même norme internationale mais avec une inertie évidente et par la force des choses, les sites Total ne sont pas équipés comme « les autres »…. En fait, il n’y plus d’excuse pour devoir « batailler » quand il s’agit de faire des branchements sur prises de courant, c’est un projet relativement peu coûteux que de faire l’uniformisation… Ci-après les normes pour les raccordements

8.1.1. Code des couleurs Les normes IEC 309-1 et 309-2 (entre autres) imposent pour toute nouvelle installation que toutes les prises aient une couleur correspondant à la tension disponible sur cette même prise. La couleur  n’étant pas une peinture mais une imprégnation dans le matériau (métal, plastique, fibre de verre, nylon, caoutchouc,….) La couleur n’est pas nécessairement sur le corps de la prise mais au moins sur la partie à connecter et sur le couvercle. Cette codification de couleur est :

Couleur

Exemple

Gamme de tension

Gamme d’ampérage

Jaune

110 V CA

16 à 63 Amp

Bleu

220 / 230 V CA

16 à 63 Amp

Rouge

380 / 440 V CA

16 à 125 Amp

Noir

500 / 660 V CA

16 / 32 Amp

Violet

24 V CA

16 / 32 Amp

Blanc

40-50 V CA et 20-50 V CC

16 / 3 2 Amp

Table 16 : Codes couleur des prises

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 199 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

      Et avec spécification de fréquence

Couleur

Exemple

Rouge Vert

Peu utilisé

Gamme de fréquence et tension

Gamme d’ampérage

60 Hz / 440 V

16 / 32 Amp

500 V / 100 à 500 Hz

16 / 32 Amp

Table 17 : Codes couleur spécification fréquence Une prise 220V est bleue et bleu uniquement, ce n’est pas parce que le rouge admet une tension supérieure que je dois utiliser une prise rouge en 220V

Une tension = une couleur

8.1.2. Code d’enfichage Comme pour le code des couleurs, la norme IEC 309-1/2 a unifié la position et la dimension des éléments de contacts sur la prise et la fiche. Il n’y aucune différence d’un constructeur à l’autre, il ne peut y avoir aucune erreur en « mélangeant » les origines (de fabrication). Si vous trouver des configurations différentes, c’est qu’un constructeur essaie d’écouler (peut être) ses vieux stocks…

Configuration

Couleur

Tension

Fréquence

VIOLET

24 V AC 

50 / 6O HZ 

BLANC

40 à 50 V CA 

50 / 6O HZ 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 200 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

BLANC

42V 

CC 

JAUNE

110 V 

50 / 60 HZ 

50 / 60 HZ 

BLUE

ROUGE

ROUGE

220 / 230 V 

440 V 

380 / 410 V 

60 HZ 

50 / 60 HZ 

50 / 60 HZ 

NOIR

500 V 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 201 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

VERT

50 à 500 V 

100 à 300 HZ 

VERT

>50 to 500 V 

>300 to 500 HZ 

Table 18 : Codes d’enfichage

 Avoir ces codes d’enfichage d’enfichage sur un document vous permettra permettra de déceler, les « bricolages » que certains, inévitablement cherchent à faire puisqu’ils n’ont pas de matériel adapté…. , et c’est très dangereux, une prise/fiche bricolé..

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 202 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

8.1.3. Gamme courant par gamme de tension Norme IEC 309-11 / 2, pour nombre de pôles et calibres en Ampères disponibles dans chaque tension.

110 V Jaune

16A

2P +G

32A

2P + G

63A

2P + G 2P + G

230V Bleu

16A / 32A / 63A

3P + G 3P + N +G

400V Rouge

16A / 32A / 63A /125A

2P + G 3P + G 3P + N +G

500V Noir 24V Violet

63A

3P + G

16A

2P

32A

2P / 3P 2P

42V Blanc

16A / 32A

3P

 Application spéciale 440V 6OHZ Rouge 500V 100/300HZ Vert 500V 300/500HZ Vert

16A / 32A

3P + G

16A / 32A

3P + G

16A / 32A

3P + G

Table 19 : Gamme courant par gamme de tension Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 203 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

8.1.4. Protection des prises de courant (sockets) Les prises de courant qu’elles soient industrielles ou domestiques (à la maison) n’ont que 4 versions en ampères 16, 32, 63, 125 Ampères Ampères (quoique à la maison on se limite à 16 et 32 Amp.).

Protection thermique : En toute logique, la prise de courant 16 ampères est protégée par fusible(s) 16 ampères ou disjoncteur 16 Amp. (2. 3 ou 4 pôles). Idem pour 32, 63 et 125 Amp. Mais rien ne vous empêche de protéger une prise 63 Amp par un disjoncteur 32 Amp ou 25 Amp ou 50 Amp. Ceci peut se produire quand vous protéger une machine connectée en permanence sur une prise de courant. Protection différentielle : Prise de courant = 30 mA  mA  C’est systématique, une prise de courant est pour protéger un appareil mobile, la réglementation est stricte : 30 mA en protection de courant résiduel de défaut. Même un poste de soudure connecté sur une prise 3+N+T 125 Amp devra avoir une protection 30  Amp diff. Prise de terre : Toutes les prises de courant (sans exception, même à la maison) doivent avoir une fiche de terre incorporée. Cette fiche de terre est raccordée au réseau général de terre par le conducteur de terre (vert-jaune) incorporé au câble d’alimentation. Et si le socle de la prise est métallique, un deuxième conducteur de terre doit connecter la masse métallique au réseau de terre indépendamment.

Câbles d’alimentation (prises de courant fixes ou permanentes): Pas de câble flexible, câble à âme rigide ou semi-rigide Ampérage des prises

Section minimum du conducteur

16

alimentation mm² 2.5

32

6

63

16

125

25 or 35

Table 20 : Section minimale câbles d’alimentation Ces sections sont les minimales, elles peuvent être supérieures pour des raisons de chute de tension, longue distance, mais jamais j amais inférieure…

 A la maison, également, la prise 10/16 Amp classique classique doit être alimentée en 2,5 mm², la prise four 32A en 6 mm², la prise 20Amp en 4 mm² et les circuits « lumière » en 1,5 mm² minimum. Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 204 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Câblage et nombre de prise par circuit : Il n’y a pas de norme précise à ce sujet, c’est plutôt la pratique qui détermine le nombre de prises à prévoir par circuit 16A 2P+G: 8 à 10  (à la maison aussi) 16A 3P+G et 3P+N+G : 6  32A 2P+G, 3P+G et 3P+N+G : 4 à 6  63A 3P+G et 3P+N+G : 4  125A 3P+G et 3P+N+G : 2  Quant à la protection / distribution, c’est la ‘logique’ qui régit l’ordonnancement, 16A pour les PC 16A, etc, mono, bi, tri ou tétra Le point commun est la protection différentielle 30 mA

P N 30 m A Barre de terre

P 30 m A

P

P

P 30 m A

P

P

N Vers réseau terre

Figure 274: Câblage et nombre de prise par circuit Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 205 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8.1.5. Enfichage / désenfichage des prises de courant (sockets) Encore une autre réglementation internationale qui n’est pas (vraiment) appliquée sur « nos » sites Toutes les prises de courant sur site doivent avoir un système de coupure avec verrouillage mécanique autorisant le branchement et l’enlèvement de la fiche en position ‘power off’’ du commutateur (switch). Figure 275: Prise avec système de coupure (1) Et ce système est beaucoup plus simple que ‘certains’ principes français pour lequel il faut tourner la fiche…. Figure 276: Prise avec système de coupure (2)

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 206 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

8.2. RACCORDEMENTS ELECTRIQUES MOBILES / TEMPORAIRES Une prise « standard » du paragraphe ci-dessus avec une fiche « standard », ci contre, il suffit d’avoir un câble souple (flexible) de section (x mm²) approprié à l’intensité transportée

Les rallonges : toujours avec du matériel « standard » :

+ +

+ +

Socles + fiches + câble flexibles, l’ensemble adapté = rallonge « sérieuse »

+

+

Et ne croyez pas que cette « configuration » n’arrive jamais…..

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 207 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

Les sous distribution de PC : Il y a de fortes chances pour que votre site ne soit pas équipé de boîtiers de protection ‘normalisé’. Les PC du site sont protégées en MCC/armoire en salle de contrôle néanmoins ce type de protection peut exister en ateliers, en labo, en salles de cours,…

aut pas faire ou voir dans des raccordements temporaires sur site : Ce qu’il ne ffaut Fils dénudés sur la fiche

2 fiches mâles

  Câble de rallonge dénudé

Connexion sur PC sans fiche

 

= renvoi par l’inspecteur du travail

Et ce qu’il vaut mieux faire : S’assurer du bon fonctionnement, du bon état des outils à main Utiliser l’outil à main approprié Ne pas faire de réparation du style bricoleur, demander au spécialiste Détruire, jetez les câbles en mauvais état Utilisez des câbles souples de raccordement au standard d’isolement : H 07-RNF Protéger les câbles temporaires, ne pas les laisser traîner Utiliser les fiches et prises « standard ». En câble mobile, utiliser du câble souple 3G 1,5 mm² minimum, isolé 300V mini.

Dans certains pays/endroits, vous trouvez des ‘rallonges’ préfabriquées avec du câble dont l’isolation est < 220V et section des conducteurs < 1mm², et ‘on’ met le feu dans la pièce (c’est arrivé !). N’acceptez pas de tels équipements ! Et encore une fois : Une prise de courant comporte obligatoirement une fiche de terre et est protégée

  par dispositif différentiel (à courant résiduel) 30 mA,partie chezpar vous aussi. Les un accidents d’ordre électrique sont causés en de majeure des mauvais branchements temporaires ou des raccordements raccordements avec défaut défaut de connexion sur  prise de courant.  Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 208 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8.3. LA SÉCURITÉ « A LA MAISON » Deux « choses » principales : La mise à la terre : conducteur de terre ‘partout’ dans la maison La protection différentielle : 30 mA sur la distribution prises de courant, 300mA pour l’éclairage

Deux expériences « marquantes » :  Après avoir vu l’arrivée de l’électricité dans le village, les équipements équipements minimum dans la maison : quelques lampes et prises protégées par le disjoncteur simplement thermique de ‘EDF’, il était fréquent d’entendre, souvent  dans  dans les conversations : « untel est mort, il s’est fait électrocuter ». Plus tard, après les installations (forcées par la réglementation) des terres et des différentiels, cette phrase a pratiquement disparu des conversations… Récemment, sur un site étranger, quelques mois après avoir fait un cours à des électriciens sur le même sujet qu’ici (les bienfaits du différentiel et de la terre à la maison), un électricien se présente l’air grave, et raconte : « Je viens de recevoir un coup de fil de ma femme »…… silence Elle m’a dit, d’un air paniqué paniqué : « il n’y a plus d’électricité d’électricité à la maison » J’ai répondu « ce doit être le disjoncteur qui a déclenché, ce n’est rien » La femme : « ah oui, et aussi, y’a bébé qui a mis les doigts dans une prise » Instantanément, là, c’est moi qui ai paniqué… Elle a continué : « et il pleure » Ouf… la protection différentielle 30 mA a fonctionné, il pleure, ça va, la lumière, ce n’est rien à côté d’un bébé en vie... Et l’électricien a précisé : « si je n’avais pas eu ce cours, je n’aurais pas installé le réseau de terre et la protection différentielle à la maison, et …… »  » 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 209 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8.3.1. Rappel – protection des personnes : Reprenons le graphique vu plus haut pour l’effet du courant électrique traversant un corps humain.

Figure 277: Effet du courant traversant un corps humain Et l’alimentation de « la maison »

Figure 278: Alimentation de la maison Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 210 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

    Les prises de courant et tout ce que l’on y branche, en fonction de leurs états d’appareils mobiles sont à même de présenter des défauts d’isolement, des mauvais contacts. Dès qu’une personne entre en contact avec une tension, le courant s’établit avec la terre.

Un interrupteur, un disjoncteur met au plus 50 ms à s’ouvrir après avoir reçu l’ordre l ’ordre de déclenchement, c’est pourquoi, « l’on » a choisi la valeur 30mA sur la courbe ‘2’ ci-dessus en se gardant une marge de sécurité avant de passer en zone ‘3’. Pour les appareils fixes, que l’on n’est pas supposé ‘toucher’, la protection 300mA et un temps de déclenchement de 40 à 50 ms permet de rester en limite de zone ‘3’. Note : EDF propose des différentiels 500mA en protection unique et générale (avant les fusibles) depuis les premières versions de protection de tableau d’abonné. Voyez sur la courbe que 500mA est ‘vraiment’ trop limite, il faut f aut en complément 300 mA et 30 mA. EDF Compteur ‘bleu’

Disjoncteur 

Fusible(s) sur P

x Alimentation EDF P + N ou  3P + N ou 3P

500 ou 300 mA

Abonné

Tableau Protection et Distribution Terre abonné

Figure 279: Le raccordement et la protection EDF (ou autre)

 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 211 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8.3.2. Tableau de distributio distribution n ‘abonné’

Figure 280: Tableau de distribution “maison” Ci dessus les protections minimum soit 30 mA pour les circuits prises et 300mA pour “le reste” en protection générale de ces 2 circuits principaux. La sous distribution est par fusible (uniquement sur la phase) mais le fusible (toujours d’actualité) peut être remplacé par un disjoncteur 2 pôles (P+N) avec 1 pôle protégé ( déclencheur magnétothermique), le calibre de protection intensité étant identique fusible / disjoncteur (toutefois : 16A sur prise 2P+T classique) Respectez également la section des conducteurs : 1,5 mm² jusque 10Amp (en éclairage),

2,5 mm² jusque 16A (circuits PC), 4 mm² jusque 20A, 6 mm² jusque 32A. Vous pouvez mettre une protection différentielle sur chaque départ, c’est le disjoncteur concerné qui déclenche dans cette configuration (au lieu de toute la maison). Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 212 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Et n’oubliez pas le « fil » de terre.

Figure 281: Tableau d’abonné: taille suivant l’importance de l’installation

8.3.3. Installation électrique électrique en salle de bains La salle de bains, la douche, sont sont des endroits à haut risques pour le corps humain humain qui, étant mouillé possède une faible résistance, r ésistance, Des normes spécifiques ont été établies : IEC 364-7-701, 479, 669-1 Les précautions à observer ont 3 aspects aspects : : Classification par zones (d’approche) 0, 1 et 2 dans lesquelles l’installation d’appareillage ou appareil électrique est interdite ou limitée L’interconnexion avec un câble de masse relié à la terre pour toutes les masses métalliques La stricte adhérence aux restrictions énumérées dans le tableau ci-après

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 213 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Classification par zones:

Figure 282: Zones 0, 1 et 2 aux environs d’une baignoire

Figure 283: Zone 0, 1 et 2 aux environs d’un bac de douche Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 214 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Figure 284: Zones 0, 1 et 23 aux environs d’une douche sans bac (1) Avec le pommeau de douche fixé à un flexible, l’axe central, vertical pour le début de définition des zones passe par l’extrémi l’extrémité té de l’ensemble flexible / pommeau

Définition des zones (volumes): Volume 0: l’intérieur de la baignoire ou de la douche Volume 1 : au dessus du volume 0 (plan vertical) Volume 2 : à l’extérieur des volumes 0 et 1 (plan horizontal) avec un rayon de 0,60m Volume 3 : à l’extérieur du volumes 2 (plan horizontal) avec un rayon de 2,40m maxi

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 215 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

      Prescriptions pour installation électrique:

Volumes

0

1

2

3

Gaines / conduits / câbles

X (b)

II (a)

II (a)

II

 Appareillage (interrupteur, prise,….)

X

X (b)

X (b) (a)

 Appareil électrique

X 'b)

X (b) (c)

II + RCD 30 (b) (c) (e)

Separation TBTS (d) Diff. 30 mA Separation TBTS (d) Diff. 30 mA (c)

Table 21 : Prescriptions pour installation électrique X : interdit II: accepté en classe II Diff. 30 mA, associé à un interrupteur ou à un disjoncteur (a) Uniquement pour alimenter un appareil dans le volume concerné (b) Sauf si l’appareil est en 12VAC ou 30VDC (c) Chauffage électrique accepté (avec certaines condition conditionss de sécurité) (d) TBTS : Très Basse Tension Sécurité dans la gamme des 50VCA (e) Prise rasoir acceptée mais alimenté par transformateur individuel basses énergie L’assurance ne paiera pas si les distances ne sont pas respectées…..

8.3.4. Les prises de courant de la maison :  A l’intérieur (zone sèche) : Pas de contrainte d’IP (classification pour étanchéité), le matériel doit être agréé aux normes (françaises)

Figure 285: Prises à installer dans un cadre ‘adapté’

Figure 286: Prises murales

Toutes les prises doivent une fiche de terre

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 216 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Une prise bipolaire (10/16A) doit être alimentée par un câble 3 conducteurs de section 3G2,5 mm² le ‘G’ signifiant conducteur de terre avec isolant de couleur vert-jaune.

 A l’extérieur ou intérieur (zone humide) humide) : Les prises d’intérieur sujettes à des projections d’eau doivent être au moins IP 55, il en est de même pour les prises installées à l’extérieur même sous abri) Les 'Plexo 55' de Legrand

Plexo 55 = IP55

IP 44-5 Figure 287: Différentes types de prises 

Sur tableau intérieur

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 217 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

 

 

 

8.3.5. Circuits de terre Une barre de terre (collecteur de terre) est incorporée au tableau de protection. Cette barre de terre est reliée à une barrette de coupure (pour vérification de la valeur en ohms de la terre) elle-même reliée à la prise de terre (piquet, câble à fonde de fouille….) Tous les câbles de distribution depuis le tableau ont, incorporés, un conducteur vert-jaune connecté à la ‘barrette’. Toutes les masses métalliques sont sont interconnectées avec avec un « fil » vert-jaune 6mm² mini indépendant relié à la barrette (le collecteur) de terre. Tout ce qui est métallique dans la maison

Tableau d’abonné avec ‘x’ disjoncteurs (ou fusibles)

Baignoire métal

Barre de terre Radiateur

Chambranle Barrette de coupure de terre

Prise de de terre

+ évier, air conditionné,…. conditionné,….

Électrode de terre

  Figure 288: Circuits de terre

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 218 de 230

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

   

  Prise de terre

Figure 289: Prise de terre En fond de fouille en fil de cuivre nu 25mm² (à la construction) ou piquet de terre (cuivre ou acier), tube galvanisé, grille, feuillard,…. ,tout ce qui peut faire une bonne ‘dissipation’.

La grille de terre

Le regard de terre ou se trouve la connexion (de qualité) avec le piquet de terre

Piquet de terre

Figure 290: Matériel de prise de terre

Barrette de coupure : C’est obligatoire pour toute installation électrique… Figure 291: Barrette de coupure Et sur cette dernière image, « coupons » ce cours.

‘On’ pourrait en dire plus, mais aussi moins. C’est un cours qui se veut simple et adapté au travail de site (sauf pour ce dernier paragraphe…). Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 219 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

8.4. EXERCICES 72. Quelle tension est disponible sur cette PC ?

73. Sur quelle surface est-elle montée ?

74. A quel endroit puis-je la trouver sur un site ?

75. Un poste à souder 3Ph-80Amp's + G peut être connecté sur une prise  3+G

125A

 3+G+N  3+G

63A

80A

76. Un outillage à main de classe 3 (III), utilisé en zone humide, à l’extérieur a pour tension maximum  

48 V CC

 48

V CA

 24

v CA

77. Le raccordement d’une lampe temporaire 1000W en 220 V CA, 1 Ph+N+G se fait avec un câble parmi les 3 disponibles suivant  3G2,5  3x2,5

souple

souple

 3G2,5

rigide

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 220 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    78. Je désire alimenter le circuit d’éclairage d’un bureau, uniquement les lampes faisant un total de 500W, en 220V, quelle protection je choisis parmi ces 3  Disjoncteur

2P 16A 30 mA

 Disjoncteur

2P 2A 30 mA

 Disjoncteur

2P 10A 300mA

79. Le câble raccordant un poste à souder 3 phases prenant un maxi de 80A devra avoir une section de  16

mm²

 10

mm²



 25 mm²

80. Une machine 400V, 45 Amp est connectée sur une prise de courant  Rouge  Bleue  violette

81. Pour brancher sur une prise une machine 380V 3 ph 24 Amp, la prise doit être  3P+N+N

32A

 3P+G

16A

 3P+G

32A

82. Une prise de courant 400V 3P+N+G 32A doit être protégée par un disjoncteur  4P

32A 300mA

 4P

32A 30mA



 4P 32A + G

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 221 de 230

   

 

 

 

9. GLOSSAIRE

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 222 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

10. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: L’aim La fée Figure 2: L’aimant antélectricité....................................................................................................7 ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................... ..........7 .7    Figure 3: 3: Les lignes de force force d’un champ champ magnétique ........................ ........... ......................... ........................ .................... ........9 9  Figure 4: Les lignes de latitude et longitude.........................................................................9  Figure 5: Les pôles d'un aimant.........................................................................................10  Figure 6: Attraction entre aimants......................................................................................10  Figure 7: Répulsion entre aimants.....................................................................................10  Figure Figur e 8: La boussole boussole ........... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............11 .11  Figure 9: L’aimant permanent............................................................................................11  Figure 10: L'expérience d'Oersted ............. ......................... ......................... ......................... ......................... ......................... ...................... ..........12 12  Figure 11: La règle du tire bouchon ......................... ............. ......................... ......................... ......................... .......................... .................... .......13 13  Figure 12: L'induction pour un conducteur en "spire".........................................................13   Figure Figur e 13: L'électroa L'électroaimant imant .......... ...................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................14 ........14  Figure Figur e 14: Noyau Noyau ferrom ferromagné agnétique tique ..................... ................................. ....................... ...................... ....................... ....................... .................14 ......14  Figure 15: Force électromagnétique et règle des trois doigts de la main droite.................15   Figure Figur e 16: Tension Tension indui induite te ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................16 .....16  Figure Figur e 17: Simple Simple géné générateur rateur CA ..................... ................................. ....................... ...................... ....................... ....................... ...................17 ........17  Figure 18: Générateur CA..................................................................................................17  Figure 19: Production de courant alternatif........................................................................18  Figure Figur e 20: La dynamo dynamo de vélo ........... ....................... ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ............19 .19   Figure 21: Sinusoïde..........................................................................................................19  Figure 22: Principe génération courant alternatif triphasé ............. .......................... ........................... ....................... .........20 20  Figure 23: Principe de construction d'une g génératrice énératrice triphasée triphasée ............ .......................... ........................... ............. 20  Figure 24: Représentation du bobinage d’un stator...........................................................20  Figure Figur e 25: Principe Principe du générateu générateurr CC ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ...................... ............21 .21   Figure 26: Générateur CC simple ............ ......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ...................... .........21 21  Figure 27: fem produit par une génératrice CC..................................................................22   Figure 28: Effet Sinusoïde Figure 29: du lisage lisagredressée.........................................................................................22 e du couple couple .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ................22 ....22   Figure 30: Rotor avec 6 bobinages....................................................................................22  Figure 31: Composition d'une machine CC ........... ........................ .......................... ......................... ......................... ...................... .........23 23  Figure Figur e 32: Machine Machine "Shun "Shunt" t" ....................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ...................... ...............24 ....24  Figure 33: Câblage shunt d'une machine CC ......................... ............. ......................... ......................... ......................... .................. .....25 25  Figure Figur e 34: Machine Machine "Série "Série"" .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................25 .....25  Figure 35: Câblage « Série » d’une machine CC...............................................................25   Figure 36: Machine "Compound" ............ ......................... .......................... ......................... ......................... ......................... ........................ ............26 26  Figure 37: Sens conventionnel du courant et le sens de déplacement des électrons........37 électrons........ 37  Figure 38: Analogie entre une installation hydraulique et un circuit électrique...................37   Figure Figur e 39: Sens de la tens tension ion ....................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .......................38 ............38  Figure Figur e 40: Résistance Résistancess en série .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................39 .........39 

Figure 41: Résistances en parallèle...................................................................................39  Figure 42: Différents composants électriques....................................................................42  Figure 43: Circuit électrique...............................................................................................43  Figure 44: Convention de signe.........................................................................................44  Figure 45: Le rendement d'un appareil .......................... ............. .......................... ......................... ......................... .......................... ..............46 .46   Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 223 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Figure 46: Exemple d'un appareil électrique......................................................................46  Figure Figur e 47: Inductanc Inductance e ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............48 .48  Figure 48: Symbole de l’inductance...................................................................................48  Figure 49: Inductances en série.........................................................................................48  Figure 50: Inductances en parallèle...................................................................................48  Figure 51: Inductance idéale en circuit commuté...............................................................49  Figure 52: Re Représentation présentation graphique de l'inductance l'inductance idéale ........................ ........... ......................... ..................... .........49 49  Figure Figur e 53: Inductanc Inductance e réelle ........... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...............49 ....49  Figure 54: Re Représentation présentation graphique de l'inductance l'inductance réelle ......................... ............ ......................... ..................... .........50 50  Figure 55: Inductances utilisées en électronique...............................................................50   Figure 56: Capacitance......................................................................................................51  Figure 57: Symbole du condensateur ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ................ ...51 51  Figure 58: Condensateurs en série....................................................................................51  Figure 59: Condensateurs en parallèle..............................................................................51  Figure 60: Condensateur idéal en régime commuté ......................... ............ .......................... ......................... .................... ........52 52  Figure 61: Représentation graphique condensateur idéal ........................... ............. ........................... ...................... .........52 52  Figure 62: Circuit R-C en parallèle.....................................................................................52  Figure Re Représentation présentation graphique circuit R-C R....................... -C en parallèle .......................... ............. .......................... ................. ....53 53   Figure Figur e 63: 64: Circuit Circu it R-C en série ........... ...................... ....................... ...................... ....................... ....................... ......................53 ...........53 Figure 65: Re Représentation présentation graphique circuit R-C R-C en série ............. ......................... ......................... ........................ ...........54 54  Figure 66: Condensateurs électrolytiques..........................................................................55  Figure 67: Condensateurs à film plastique.........................................................................55   Figure 68: Condensateurs céramiques..............................................................................55  Figure 69: Super condensateurs........................................................................................56  Figure 70: Schéma électrique............................................................................................56  Figure 71: Schéma électrique simplifié ......................... ............ ......................... ......................... ......................... ......................... ................ ...57 57  Figure 72: Comportement d'un courant alternatif...............................................................58  Figure 73: Comportement de l'inductance en régime alternatif..........................................59  Figure 74: Comportement du condensateur en régime alternatif.......................................59  Figure 75: Théorème de Pythagore ............ ........................ ......................... .......................... .......................... .......................... .................... .......61 61  Figure 76: Circuit avec résistance et inductance en série..................................................61  Figure 77: Circuit avec résistance et capacité en série......................................................62  Figure 78: Circuit avec résistance, inductance inductance e ett capacité en série ............. .......................... ..................... ........63 63  Figure 79: Circuit avec résistances en parallèle ............ ......................... .......................... .......................... .......................... ............. 64  Figure 80: Circuit avec résistance et inductance en parallèle............................................64   Figure 81: Circuit avec résistance et capacité en parallèle................................................65   Figure 82: Circuit avec résistance, inductance et capacité en parallèle.............................65  Figure Figur e 83: Mesure Mesure courant courant conti continu nu ........... ...................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... .................66 ......66  Figure 84: Mesure courant alternatif ......................... ............ .......................... .......................... ......................... ......................... ................... ......66 66  Figure 85: Puissance en circuit résistif...............................................................................67  Figure 86: Puissance en circuit inductif..............................................................................68  Figure 87: Puissance en circuit R+L (1).............................................................................68  Figure 88: Puissance en circuit R+L (2).............................................................................68  Figure 89: Puissances et le triangle de Pythagore.............................................................69 

Figure Figure Figure Figure

90: 91: 92: 93:

Puissance Puissance apparente........................................................................................70 active...............................................................................................70   Puissance réactive............................................................................................70  Distribution triphasée........................................................................................70 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 224 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Figure 94: Exemple de schéma unifilaire (1)......................................................................79   Figure 95: Exemple de schéma unifilaire (2)......................................................................80   Figure 96: Exemple d’un schéma de principe (1)...............................................................81  Figure 97: Exemple d’un schéma de principe (2)...............................................................82  Figure 98: Exemple de schéma de détail...........................................................................83  Figure Figur e 99: Schéma Schéma unifil unifilaire aire simpl simplifié ifié ....................... .................................. ....................... ....................... ....................... .......................86 ...........86  Figure 100: Génération d'électricité ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... .................... .......87 87  Figure 101: Représentation Représentation unifilaire de schéma schéma de puissance puissance de l'alternateur ................87 ............... .87   Figure 102: Représentation unifilaire de schéma de puissance de générateur triphasé....88 triphasé.... 88  Figure 103: Distribution avec 400 V entre phases ............ ......................... ......................... ......................... ........................ ...........88 88  Figure 104: Représentation vectorielle distribution triphasé ............ ......................... .......................... ..................... ........88 88  Figure 105: Liaisons en HT................................................................................................90  Figure Figur e 106: Exemple Exemple de câble HT ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................... .................92 ......92  Figure Figur e 107: Câbles Câbles BT.......... BT ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ............93 .93  Figure 108: Couleurs des câbles de puissance ............. .......................... ......................... ......................... .......................... ..............94 .94   Figure 109: Exemple de câble BT......................................................................................95  Figure Figur e 110: Câble de contrôle contrôle "âme rigide" ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... .............96 ..96  Figure (semi......................................................96    Figure 111: 112: Câble Câble de de contrôle contrôle avec avec âme âme câblée souple................................................................97 Figure 113: 113: Câble de contrôle contrôle "blindé" pour les tranchées ............. .......................... ........................... ...................... ........97 97  Figure 114: Câbles de contrôle..........................................................................................97  Figure 115: Chemins de câbles ............ ........................ ......................... ......................... ......................... .......................... ......................... ................99 99  Figure 116: Distances Distances entre les chemins de câbles en pose horizontale .............. .......................... ............99 99  Figure 117: Distances entre les chemins de câbles en pose verticale...............................99  Figure 118: Pose en trèfle ou en alignement ............ ........................ ......................... .......................... .......................... ................. ....100 100  Figure 119: Tra Tranchée nchée avec une épaisseur de câbles câbles ........... ........................ ......................... ......................... .................. .....101 101  Figure 120: Tranchée avec deux épaisseurs de câbles...................................................102  Figure 121: Tranchée a avec vec HT et BT deux épaisseurs épaisseurs de câbles ........................ ........... ........................ ...........102 102  Figure 122: Câbles HT.....................................................................................................103  Figure 123: Jonction de câble..........................................................................................103  Figure Figur e 124: Extrémité intérieur intérieure e (en cellu cellule le HT) ........... ...................... ....................... ....................... ....................... .................103 .....103  Figure Figur e 125: Extrémité Extrémité extérieure extérieure (transfo) (transfo) ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ...............103 ...103  Figure 126: Tête de câble tripolaire pour raccordement intérieur 6/10 (12) kV en cellule HT .................................................................................................................................103   Figure 127: Extrémité unipolaire unipolaire extérieure (zone polluée) 26 / 45 (52 (52)) kV ............ ..................... .........103 103  Figure 128: Différents types de presse étoupes ............. .......................... .......................... .......................... ....................... ..........104 104  Figure 129: Presse étoupes de type industriel (1) ............. .......................... .......................... ........................... .................... ......105 105  Figure 130: Presse étoupes industriel (2) ........................ ............ ......................... ......................... ......................... ....................... ..........105 105  Figure 131: Presse étoupes « Ex » pour la Grande-Bretagne et les pays du Commonwealth.........................................................................................................105   Figure 132: Presse étoupes « Ex »..................................................................................106   Figure 133: Cellule HT.....................................................................................................107  Figure 134: Transformateur HT (1) ........... ........................ .......................... .......................... .......................... ......................... ................... .......107 107  Figure 135: Transformateur HT (2) ........... ........................ .......................... .......................... .......................... ......................... ................... .......107 107 

Figure postes de distribution ‘simplifiés’............................................................107    Figure 136: 137: Les Représentation armoire BT...........................................................................108 Figure 138: Armoire de distribution MCC.........................................................................108  Figure 139: Armoires de « sous-distribution » ......................... ............ .......................... ........................... ........................... ............. 108  Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 225 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Figure 140: Moteur électrique 50 MV...............................................................................109  Figure 141: Moteur asynchrone.......................................................................................109  Figure 142: 142: Transformateu Transformateurr de puissance HT/BT (ou BT/HT) ........................ ........... .......................... ................. ....110 110  Figure Figur e 143: Dangers Dangers de l’électricité l’électricité ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .............119 ..119  Figure 144: Graphique des dangers de l’électricité..........................................................120   Figure 145: Quelques exemples de dangers de l’électricité.............................................122  Figure 146: Dangers d’étincelles associées à des émanations de gaz............................122   Figure 147:Sources de dangers électriques ............ ......................... .......................... .......................... .......................... ................. ....123 123  Figure 148: Appareil non raccordé à la terre....................................................................124   Figure Figur e 149: Appareil raccord raccordé é à la terre ............ ....................... ...................... ....................... ....................... ....................... .................124 .....124  Figure 150: Neutre non raccordé à la terre......................................................................125  Figure 151: Neutre connecté à la terre par impédance....................................................125  Figure Figur e 152: Neutre Neutre TT ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................127 .........127  Figure 153: Neutre IT.......................................................................................................127  Figure Figur e 154: Neutre Neutre TN-C ...................... .................................. ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..................128 .......128  Figure Figur e 155: Neutre Neutre TN-C ...................... .................................. ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..................128 .......128  Figure 156: Neutre TN-C-S..............................................................................................129  Figure sur structure...........................................................130   Figure 157: 158: Exemples Exemples de de connexion bonnes soudures.....................................................................131 Figure Figur e 159: Puits de terre ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ..................131 .......131  Figure 160: Boucles de terre............................................................................................132  Figure 161: Terre "électrique" et "mécanique ......................... ............ .......................... .......................... ........................... ...............133 .133   Figure 162: Outillage individuel........................................................................................134  Figure 163: Appareil catégorie t.......................................................................................134  Figure 164: Appareil catégorie I.......................................................................................135  Figure 165: Appareil catégorie II......................................................................................135  Figure Figur e 166: appareil appareil catégorie catégorie III ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .................136 .....136  Figure Figur e 167: Luminaire Luminaire Ex et IP67 .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ..................137 ......137  Figure Figur e 168: Poste HT (1) .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................143 ........143  Figure Figur e 169: Poste HT (2) .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................143 ........143  Figure Figur e 170: Poste HT (3) .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................143 ........143  Figure 171: Schéma unifilaire de tableau UniGear ........... ........................ ......................... ......................... ...................... .........144 144  Figure Figur e 172: Boucles Boucles HT ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ....................... ....................... ....................144 .........144  Figure Figur e 173: Verrouilla Verrouillages ges de boucles boucles ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .....................145 .........145  Figure 174: Verrouillages de sécurité de série.................................................................145  Figure 175: Verrouillages de sécurité (en option) ........................... ............. ........................... .......................... .................... .......145 145  Figure Figur e 176: Verrouillag Verrouillages es à clés ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ..................146 .......146  Figure 177: Verrouillage par cadenas..............................................................................146  Figure 178: Aimants de verrouillage ........................ ........... .......................... .......................... .......................... ......................... ................. .....147 147  Figure 179: Schémas unifilaire des unités types..............................................................148   Figure 180: Schémas unifilaire des applications de barre .............. ........................... .......................... .................... .......149 149  Figure 181: Symboles graphiques ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .................... .......149 149  Figure 182: Disjoncteur sous vide embrochable..............................................................151  Figure 183: Disjoncteur sous gaz SF6 embrochable ......................... ............ ......................... ......................... .................. .....151 151 

Figure Con Contacteur tacteur soustionneur vide (ou SF6) av avec ec fusibles ........................... ............. ........................... .................... .......151 151   Figure Figur e 184: 185: Interrupteu Interr upteur-sec r-sectionne ur ...................... ........... ...................... ....................... ....................... ...................... .......................152 ............152 Figure 186: Transformateur torique de courant ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ............ 153  Figure 187: Bloc de 3 TP en cellule ABB.........................................................................153   Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 226 de 230

   

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

    Figure 188: Protection typique pour moteurs de niveau standard....................................154   Figure 189: Protection typique pour moteurs à exigences élevées..................................154   Figure 190: Une gamme des relais ABB..........................................................................154  Figure 191: Relais type "SEPAM"....................................................................................154  Figure 192: Code international pour la numérotation des protections HT / BT(1)............155  Figure 193: Code international pour la numérotation des protections HT / BT (2)...........156  Figure 194: Protection homopolaire.................................................................................157  Figure Figur e 195: Gants de protection protection ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ..................158 .......158  Figure 196: Exemple Exemple d’équipement d’équipement complet de poste HT ou ou HT/BT ......................... ............ ................... ......158 158  Figure 197: Nomenclature et référence ‘Catu’ ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ............... 159  Figure 198: 198: Kits d'intervention pour postes de tran transformation sformation ............. .......................... .......................... .................160 160  Figure 199: Tableau principal BT.....................................................................................161  Figure Figur e 200: Tableau Tableau général général BT .......... ...................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................161 ........161  Figure 201: Réalisation en matériel Siemens ........................ ........... ........................... ........................... .......................... .................162 162  Figure Figur e 202: Tiroirs Tiroirs de protection protectionss ........... ...................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... .................162 ......162  Figure 203: Armoires de sous-distribution ........................ ........... ......................... ......................... .......................... ...................... .........162 162  Figure 204: Exemple schématique d’un ensemble de distribution (catalogue Schneider) Figur.................................................................................................................................163 Figure e 205: Disjoncteu Disjoncteurr génér général al (1) .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............164 ..164   Figure Figur e 206: Disjoncteu Disjoncteurr génér général al (2) .......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............164 ..164  Figure Figur e 207: Barres Barres de distributio distribution n (1) ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................164 .........164  Figure Figur e 208: Barres Barres de distributio distribution n (2) ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................164 .........164  Figure 209: Couplage de jeux de barres..........................................................................165  Figure Figur e 210: Tiroirs Tiroirs de distributio distribution n ....................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ...............165 ....165  Figure 211: Gaines de raccordement (1) ......................... ............. ......................... ......................... ......................... ....................... ..........166 166  Figure 212: Gaines de raccordement (2) ......................... ............. ......................... ......................... ......................... ....................... ..........166 166  Figure 213: Raccordements terre (1)...............................................................................166  Figure 214: Raccordements terre (2)...............................................................................167  Figure Figur e 215: Fusible Fusible ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............167 ...167  Figure 216: Disjoncteur....................................................................................................167  Figure 217: Départ moteur...............................................................................................167  Figure Figur e 218: Départs mono, bi, tri et tétra ........... ...................... ....................... ....................... ...................... ....................... .................168 .....168  Figure Figur e 219: Temps de fusion fusion ........... ....................... ....................... ...................... ....................... ....................... ....................... .......................169 ...........169  Figure 220: Différents types de fusibles...........................................................................170   Figure 221: Fusible cylindrique........................................................................................170  Figure 222: Exemple de fusible cylindrique ............. .......................... ......................... ......................... .......................... .................. .....170 170  Figure 223: Fusibles à couteaux......................................................................................171  Figure 224: Porte fusibles................................................................................................171  Figure 225: Barre de neutre.............................................................................................172  Figure 226: Porte fusibles à commande manuelle...........................................................172  Figure Figur e 227: Interrupte Interrupteur ur ............ ....................... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...................173 .......173  Figure 228: Disjoncteur....................................................................................................173  Figure Figur e 229: Interrupte Interrupteur ur ............ ....................... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...................173 .......173 

Figure Figur e 230: Interpact Interpact de Merlin Merlin Gérin ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................173 .........173  Figure avecen Interpact’s ............ .......................... .................... .......173 173   Figure 231: 232: ‘Change-over’ Protection pa parr switch disjoncteur amont et......................... interrupteur en .......................... aval ......................... ............. ............ 174 Figure 233: Déclencheur thermique et déclencheur magnétique.....................................175  Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 227 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Figure 234: Échelle logarithmique pour le temps et intensité d'un déclencheur thermique .................................................................................................................................175   Figure 235: Graphique pour pour le temps et intensité intensité d'un déclencheur déclencheur magnétique ............ ............175 175  Figure 236: Pouvoir de coupure.......................................................................................176  Figure 237: Courbe de déclenchement disjoncteur magnétothermique...........................176  Figure 238: Constitution d'un disjoncteur.........................................................................177  Figure 239: Disjoncteur modulaire, disjoncteur compact et disjoncteur général (heavy duty) .................................................................................................................................178   Figure 240: Courbe de déclenchement............................................................................179  Figure 241: Courbe de déclenchement d’un disjoncteur 10 A avec courant en abscisse et temps en ordonnée...................................................................................................180  Figure 242: D Déclencheur éclencheur thermique et magnétique réglable ........... ........................ ......................... ................... .......180 180  Figure Figur e 243: Sélectivit Sélectivité é ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................181 .........181  Figure 244: Seuils de déclenchement..............................................................................181  Figure 245: Disjoncteur télécommandé ........................ ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ............182 182  Figure 246: Relais magnéto -thermique...........................................................................182  Figure Figur e 247: Relais Relais thermi thermique que (1) ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .................182 .....182  Figur Figure e 248: Relai s thermi thermique que (2) ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... .................182 .....182   Figure 249: Relais Contrôleur d'isolement..................................................................................183 Figure 250: Principe de raccordement / fonctionnement du CPI en régime IT.................184   Figure 251: CPI................................................................................................................184  Figure 252: Différents types de CPI.................................................................................185  Figure 253: Recherche de défauts...................................................................................185  Figure Figur e 254: Différents Différents type typess de pinces pinces ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................185 ........185  Figure 255: Kit de recherche de défaut............................................................................186   Figure 256: Mesure d’intensité.........................................................................................186  Figure 257: Mesure de courant de défaut........................................................................187  Figure 258: Tores fermés, tores ouvrants et relais « Vigirex » connecté sur le ‘secondaire’ du tore ............ ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ..............188 ...188  Figure 259: Pa Passage ssage du ccâble âble dans le tore (1) ........................ ........... .......................... .......................... .......................... ............... 188  Figure 260: Pa Passage ssage du ccâble âble dans le tore (1) ........................ ........... .......................... .......................... .......................... ............... 188  Figure 261: Représentation graphique pour un pôle........................................................189  Figure Figur e 262: Disjoncteu Disjoncteurr différ différentie entiell .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ................189 ....189  Figure 263: Dis Disjoncteur joncteur différentiel et interrupteur différentiel ABB ......................... ............ ..................... ........189 189  Figure 264: Disjoncteur Merlin-Gérin ............ ......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............... ...189 189  Figure 265: Bloc différentiel (1)........................................................................................190  Figure 266: Bloc différentiel (2)........................................................................................190  Figure 267: Disjoncteur Masterpact avec tore séparé ............. .......................... .......................... .......................... ............... 190  Figure 268: Utilisation des disjoncteurs + différentiels.....................................................191  Figure Figur e 269: Circuits Circuits de distributio distribution n ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............192 ..192  Figure 270: Circuits Normal / Secours ............ ......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ............... 193  Figure 271: Circuits Secours / Essentiel ............. .......................... .......................... .......................... ......................... ...................... ..........194 194  Figure 272: Circuits secourus en permanence ........... ........................ .......................... .......................... .......................... ............... 195 

Figure 273: Différents types de prises de courant ............ ......................... ......................... ......................... ...................... .........198 198  Figure 274: Prise 274: Câblage et système nombre de par (1) circuit circuit............. .......................... .......................... .......................... .................. .....205 205 Figure 275: avec de prise coupure ............ ......................... .......................... .......................... ........................ ...........206 206   Figure 276: Prise avec système de coupure (2) ............ ......................... .......................... .......................... ........................ ...........206 206  Figure 277: 277: Effet du co courant urant traversa traversant nt un corps humain ............ ........................ ......................... ........................ ........... 210  Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 228 de 230

   

   

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

  Figure 278: Alimentation de la maison.............................................................................210  Figure 279: Le raccordement et la protection EDF (ou autre)..........................................211   Figure 280: Tableau de distribution “maison”...................................................................212  Figure 281: Tableau d’abonné: taille suivant l’importance de l’installation.......................213  Figure 282: Zones 0, 1 et 2 aux environs d’u d’une ne baignoire baignoire ......................... ............. ......................... ...................... .........214 214  Figure 283: Zone Zone 0, 1 et 2 aux environs d’un bac de douche ............ ......................... .......................... ................. ....214 214  Figure 284: Zones 0, 1 et 23 aux environs d’une douche sans bac.................................215  Figure 285: Pris Prises es à installer dans un cadre ‘adapté’ ........................ ........... ......................... ......................... .................. .....216 216  Figure 286: Prises murales..............................................................................................216  Figure 287: Différentes types de prises ........................ ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ............ 217  Figure Figur e 288: Circuits Circuits de terre .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..............218 ...218  Figure Figur e 289: Prise de terre ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................219 .....219  Figure 290: Matériel de prise de terre..............................................................................219  Figure 291: Barrette de coupure .......................... ............. .......................... .......................... ......................... ......................... ...................... .........219 219 

Support de Formation EXP-PR-UT010-FR Dernière Révision: 16/04/2007

Page 229 de 230

   

 

 

 

Exploration & Production Les Utilités L’Électricité

11. SOMMAIRE DES TABLES Table 1: Les Les unités unités SI de dérivées..........................................................................................31 base...............................................................................................30   Table 2: Table 3: Les préfixes préfixes ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ..............32 ...32  Table 4: Unités techniques « hors normes »......................................................................34   Table 5: Unité Unitéss anglo anglo-sax -saxonnes onnes ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ...................... .....................35 ..........35  Table 6: Analogie Analogie entre l’électricité et l’hydraulique ......................... ............ .......................... ......................... ..................... .........38 38  Table 7: Résistivité et cœfficient de température de quelques matériaux..........................41   Table 8: Code de couleurs des résistances.......................................................................42   Table 9: Relations P, U, I, R courant continu et alternatif (valeurs instantanées) simple phase (circuit résistif)..................................................................................................44  Table 10: Relations pour les résistances, inductances et condensateurs..........................57   Table 11: 11: Combinaison Combinaison de composants dans une ch charge arge ............. .......................... .......................... ....................... ..........60 60  Table 12: Indice de protection..........................................................................................137  Table 13: Les indices de protection ........................ ............ ......................... .......................... .......................... .......................... .................. .....138 138  Table 14: Coefficients de fusion.......................................................................................169  Table 15:Dimensions des fusibles cylindriques ........... ........................ .......................... .......................... .......................... ............. 170  Table 16 : Code Codess coul couleur eur des prises ............ ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ......................199 ...........199  Table 17 : Codes couleur spécification fréquence ............ ......................... ......................... ......................... ...................... .........200 200  Table 18 : Code Codess d’enfichage d’enfichage ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ......................202 ...........202  Table 19 : Gamme courant par gamme de tension..........................................................203   Table 20 : Section minimale câbles d’alimentation ......................... ............ .......................... .......................... .................... .......204 204  Table 20 : Prescriptions pour installation électrique.........................................................216