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SCHÉMAS ET APPAREILLAGES ÉLECTRIQUES COURS, TD & TP
Book · January 2019
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1 author:
Mohammed Omrane
University of Laghouat
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‫جامعة عمار ثليجي األغواط‬
Université Amar Telidji – Laghouat
Schémas et Appareillages
Électriques
Cours, TD & TP
Mohammed Mekhanet
2019
SCHEMAS ET APPAREILLAGES
ÉLECTRIQUES
COURS, TD & TP
Dr : MOHAMMED MEKHANET
Laboratoire d'Analyse et de Commande des Systèmes d'Energie et Réseaux Electriques
(LACoSERE)
Email : m.mekhanet@lagh-univ.dz
mohamed.mekhanet@yahoo.fr
Première édition
2019-1440
i
ii
Préface
Un étudiant qui poursuit des études en électricité se doit être capable de déchiffrer le
langage utilisé dans son domaine. Le schéma électrique, c’est un langage graphique basé sur des
conventions dictées par des organisations spécialisées. En outre, la connaissance de l’appareillage
électrique, son principe de fonctionnement et son choix sont un élément-clé pour les métiers et
la formation d’un électrotechnicien.
Ce support de cours s’adresse aux étudiants poursuivant les études en électrotechnique
ou électricité industrielle. Ce document est organisé autour de huit chapitres :
Le premier chapitre présente des généralités sur l’appareillage électrique, à savoir les
différentes définitions, les fonctions de base et les caractéristiques techniques de l’appareillage
électrique. Sans oublier les critères du choix d’un appareil électrique dans une installation
industrielle.
Dans le deuxième chapitre, on présente les phénomènes qui apparaissent lors du passage
du courant tel que l’échauffement, les phénomènes dynamiques et l’apparition de l’arc électrique.
On présente aussi les phénomènes liés à la tension, comme les surtensions, perte d’isolation, etc.
Le troisième chapitre est consacré aux techniques d’extinctions d’arc électrique et les
conditions favorisent les conditions de sa bonne coupure.
Par contre, dans les chapitres quatre, cinq et six, on présente respectivement l’appareillage
de connexion, de commande et de protection au point de vue rôle, caractéristiques et critères de
choix.
Le septième chapitre, est consacré à la réalisation et la lecture des schémas en
électrotechnique utilisant les symboles normalisés.
Finalement, dans le dernier chapitre, on traite un sujet indispensable lors d’une étude
concernant le dimensionnement des installations électriques qui traite le calcul optimal de la
section des conducteurs électriques.
Une partie est destinée aux travaux dirigés et aux travaux pratiques permettant aux
étudiants d’acquérir une bonne compréhension du cours.
Nous espérons que cet ouvrage va satisfaire le but escompté et objectif fixé et aider
l’étudiant à acquérir les bases de connaissances et avoir une meilleure compréhension des cours
de schéma et appareillage.
L’auteur : MEKHANET Mohammed
iii
SOMMAIRE
Préface .............................................................................................................................................iii
Sommaire ..........................................................................................................................................iv
Généralités sur l'appareillage électrique .............................................................. 1
1.1
Définition ................................................................................................................................ 1
1.2
Classes des matériels électriques ............................................................................................. 1
1.3
Fonctions de base de l’appareillage électrique......................................................................... 2
1.3.1
1.3.2
1.4
Commande des circuits électriques ......................................................................................... 3
1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.5
Sectionnement ............................................................................................................................................ 2
Protections .................................................................................................................................................. 2
Protection contre les surintensités : ........................................................................................................ 2
Protection contre les défauts d’isolement : ............................................................................................. 2
Protection contre les risques d’échauffement des moteurs : ................................................................... 2
Protection contre les effets de la foudre et les SURTENSIONS : .......................................................... 3
Commande fonctionnelle ............................................................................................................................ 3
Coupure d'urgence ...................................................................................................................................... 3
Coupure pour entretien mécanique ............................................................................................................. 3
Choix de l’appareillage ........................................................................................................... 3
1.5.1
Caractéristiques d’un appareillage .............................................................................................................. 3
Tension ................................................................................................................................................... 4
Courant ................................................................................................................................................... 4
Fréquence ............................................................................................................................................... 4
Puissance ................................................................................................................................................ 4
Conditions d'installation ......................................................................................................................... 4
Prévention des effets néfastes ................................................................................................................. 4
Phénomènes liés aux courants et à la tension ....................................................... 5
2.1
Introduction ............................................................................................................................ 5
2.2
Phénomènes liés aux courants ................................................................................................. 5
2.2.1
2.2.2
Effet des surintensités ................................................................................................................................. 5
Efforts électrodynamiques .......................................................................................................................... 5
Calcul simple de l’effort électrodynamique ............................................................................................ 6
Calcul des forces pour deux conducteurs filiformes parallèles de longueur infinie................................ 6
2.3
Effet d’arc sur les contacts ...................................................................................................... 7
2.4
Phénomènes liés aux tensions .................................................................................................. 8
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
2.4.5
Creux de tension ......................................................................................................................................... 8
Surtension ................................................................................................................................................... 8
Isolation ...................................................................................................................................................... 9
Rigidité ....................................................................................................................................................... 9
Claquage ..................................................................................................................................................... 9
2.5
Ionisation des gaz .................................................................................................................... 9
2.6
Tension transitoire de rétablissement (TTR) ..........................................................................10
2.6.1
2.7
Utilité de la TTR ....................................................................................................................................... 10
Tension de tenue diélectrique (TTD) ......................................................................................10
Phénomènes d’interruption du courant électrique ...............................................11
3.1
iv
L’arc électrique ......................................................................................................................11
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.2
Naissance de l'arc ..................................................................................................................................... 11
Calcul de l'arc électrique........................................................................................................................... 12
Chute de tension dans l’arc électrique ...................................................................................................... 12
Résistance d’arc ........................................................................................................................................ 13
Énergie produite par l’arc électrique ........................................................................................................ 13
Effets de l’arc électrique ........................................................................................................................... 13
Conditions d'extinction de l'arc................................................................................................................. 14
Principes de coupure de l'arc électrique .................................................................................14
Techniques par multiplication du nombre de chutes des tensions cathodiques ........................................ 15
Allongement par fractionnement utilisant des plaquettes ferromagnétiques ................................. 15
Fractionnement par multiplication du nombre de pôles................................................................... 15
3.2.2
Techniques d’allongement de la longueur d’arc ....................................................................................... 16
3.2.2.1.1 Allongement par soufflage par auto ventilation ........................................................................ 16
3.2.2.1.2 Allongement par soufflage magnétique ..................................................................................... 16
3.2.2.1.3 Fractionnement d’arc pour son allongement par des plaquettes réfractaires........................... 17
3.2.2.1.4 Étouffement d’arc ........................................................................................................................ 17
3.2.3
Techniques de coupure par augmentation du gradient de potentiel du milieu de coupure ....................... 18
3.2.3.1.1 Coupure dans l’air ....................................................................................................................... 19
3.2.3.1.2 Technologie de coupure dans l'air comprimé ............................................................................ 19
3.2.3.1.3 Technologie de coupure dans l'huile .......................................................................................... 20
3.2.3.1.4 Technologie de coupure dans le vide ......................................................................................... 20
3.2.3.1.5 Technologie de coupure dans l'hexafluorure de soufre SF 6 ..................................................... 21
3.2.4
Accélération de la vitesse de coupure ....................................................................................................... 21
3.2.5
Coupure sans arc....................................................................................................................................... 22
3.2.6
Choix de la technique de coupure ............................................................................................................. 22
3.2.1
Appareillage de connexion ..................................................................................23
4.1
Contacts, bornes et connexions...............................................................................................23
4.1.1
4.1.2
4.1.3
Appareillage de contacts et de connexion ................................................................................................. 23
Contacts permanents ............................................................................................................................. 23
Contacts temporaires ............................................................................................................................ 24
Contacts glissants ................................................................................................................................. 24
Bornes et connecteurs ............................................................................................................................... 24
Bornes de raccordement ....................................................................................................................... 25
Bloc de jonction .................................................................................................................................... 25
Boite de jonction ou de dérivation ........................................................................................................ 25
Douilles de lampes................................................................................................................................ 26
Prise de courant .................................................................................................................................... 26
Sectionneurs ............................................................................................................................................. 26
Définition .............................................................................................................................................. 26
Symbole ................................................................................................................................................ 27
Rôles d’un sectionneur ......................................................................................................................... 28
Caractéristiques d’un sectionneur ......................................................................................................... 28
Choix d’un sectionneur : ................................................................................................................ 28
Appareillage de commande .................................................................................30
5.1
Définition ...............................................................................................................................30
5.2
interrupteur ...........................................................................................................................30
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.3
Symbole de l’interrupteur ......................................................................................................................... 30
Rôle .......................................................................................................................................................... 30
Caractéristiques ........................................................................................................................................ 31
v
Interrupteur différentiel ........................................................................................................32
5.4
Commutateurs .......................................................................................................................32
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.4.4
5.5
Définition .................................................................................................................................................. 32
Symbole .................................................................................................................................................... 32
Rôle .......................................................................................................................................................... 33
Caractéristiques du commutateur.............................................................................................................. 33
Contacteur .............................................................................................................................33
Définition .................................................................................................................................................. 33
Symbole .................................................................................................................................................... 33
Constituants d’un contacteur .................................................................................................................... 34
Caractéristiques et choix d’un contacteur ................................................................................................. 35
Catégories d’emploi .............................................................................................................................. 35
5.5.4.1.1 Emploi en courant alternatif selon C.E.I. 947-4 ............................................................................. 35
5.5.4.1.2 Emploi en courant continu selon C.E.I. 947-4 ............................................................................... 36
Cadence de manœuvres ........................................................................................................................ 37
Facteur de marche ................................................................................................................................. 37
Durée de vie électrique ou endurance électrique .................................................................................. 38
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.4
Appareillage de protection ..................................................................................41
6.1
Fusible ...................................................................................................................................41
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
6.1.7
6.1.8
6.2
Relais thermique ....................................................................................................................51
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
6.2.7
6.2.8
6.3
Définition .................................................................................................................................................. 41
Symbole .................................................................................................................................................... 41
Constitution d’un fusibles ......................................................................................................................... 41
Avantage des fusibles ............................................................................................................................... 42
Classification des fusibles......................................................................................................................... 43
Caractéristiques des fusibles ..................................................................................................................... 44
Tension nominale ................................................................................................................................. 44
Courant assigné..................................................................................................................................... 45
Courant minimum de coupure .............................................................................................................. 45
Pouvoir de coupure ............................................................................................................................... 45
Courant de non-fusion .......................................................................................................................... 45
Courant de fusion.................................................................................................................................. 45
Courbe de fonctionnement d’un fusible ................................................................................................ 46
Fonctionnement des fusibles..................................................................................................................... 46
Limitation du courant de court-circuit .................................................................................................. 47
Contrainte thermique ............................................................................................................................ 47
Caractéristique temps / courant du fusible ................................................................................................ 49
Définition .................................................................................................................................................. 51
Symbole : .................................................................................................................................................. 51
Constitution d’un relais thermique ........................................................................................................... 51
Principe de fonctionnement d’un relais thermique ................................................................................... 51
Fonctionnement du dispositif différentiel ................................................................................................. 52
Classe d’un relais thermique ..................................................................................................................... 53
Courbe de déclenchement ......................................................................................................................... 53
Choix du relais thermique......................................................................................................................... 54
Disjoncteur.............................................................................................................................55
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
6.3.5
6.3.6
6.3.7
Définition .................................................................................................................................................. 55
Symbole .................................................................................................................................................... 56
Type des disjoncteurs ............................................................................................................................... 56
Constitution d’un disjoncteur en basse tension ......................................................................................... 56
Caractéristiques des disjoncteurs .............................................................................................................. 57
Courbes de déclenchement ....................................................................................................................... 58
Sélectivité ................................................................................................................................................. 61
vi
Sélectivité totale ................................................................................................................................... 61
Sélectivité partielle ............................................................................................................................... 61
6.3.8
Dispositif de protection à courant différentiel résiduel(DDR) .................................................................. 61
Constitution .......................................................................................................................................... 61
6.3.8.1.1 Partie détection :............................................................................................................................. 61
6.3.8.1.2 Partie de mesure et conditionnement ............................................................................................. 61
6.3.9
Sensibilité du dispositif différentiel .......................................................................................................... 62
Élaboration des schémas électriques ...................................................................63
7.1
Introduction ...........................................................................................................................63
7.2
Normalisation ........................................................................................................................63
7.3
Symboles des installations électriques ....................................................................................63
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
7.3.5
7.4
Nature des courants .................................................................................................................................. 63
Classe des contacts ................................................................................................................................... 64
Classe suivant le type de commande ou de mesure .................................................................................. 65
Commande mécanique.......................................................................................................................... 66
Matériel électrique divers ......................................................................................................................... 68
Machines tournantes ................................................................................................................................. 70
Exemple de lecture des schémas de commande et de puissance ..............................................71
Détermination de la section minimale des conducteurs ........................................72
8.1
Calcul du courant D’EMPLOI : .............................................................................................72
8.1.1
8.1.2
8.1.3
8.1.4
8.1.5
8.2
Calcul du courant admissible .................................................................................................75
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.3
Section du neutre et du conducteur de protection ..................................................................................... 83
Contrôle de la chute de tension ..............................................................................................84
8.5.1
8.5.2
8.6
Coordination entre les sections des conducteurs et les dispositifs de protection contre les surcharges .... 80
Choix de la section du conducteur ..........................................................................................82
8.4.1
8.5
Détermination des facteurs correcteurs du courant admissible ................................................................. 75
Facteur correcteur en fonction de la température "𝑓1" ............................................................................. 78
Correction due au groupement des circuits et des câbles .......................................................................... 79
mode de pose ............................................................................................................................................ 80
Choix du dispositif de protection ............................................................................................80
8.3.1
8.4
Détermination du facteur "𝑎" .................................................................................................................... 72
Détermination du facteur d’utilisation "𝑏"................................................................................................ 73
Détermination de simultanéité "𝑐" ............................................................................................................ 74
Détermination du facteur d’extension 𝑑 ................................................................................................... 74
Détermination du facteur de conversion puissance/intensité "𝑒" .............................................................. 74
Vérification de la chute de tension par le calcul ....................................................................................... 84
Détermination de la chute de tension par les tableaux .............................................................................. 85
Vérification de la protection contre le court-circuit................................................................86
8.6.1
8.6.2
Protection des canalisations par fusibles .................................................................................................. 86
Protection des canalisations par disjoncteurs ............................................................................................ 88
8.7
Résumé des étapes à suivre pour la détermination de section du conducteur .........................89
8.8
Nomenclature des câbles ........................................................................................................90
Travaux dirigés ................................................................................................................................92
Exercice N° 01...................................................................................................................................................... 92
Exercice N°02....................................................................................................................................................... 92
Exercice N°03....................................................................................................................................................... 92
Exercice N°04....................................................................................................................................................... 93
vii
Exercice N°05....................................................................................................................................................... 93
Exercice N°06....................................................................................................................................................... 93
Exercice N°07....................................................................................................................................................... 93
Exercice N°08....................................................................................................................................................... 94
Exercice N°09....................................................................................................................................................... 94
Exercice N°10....................................................................................................................................................... 94
Exercice N°11....................................................................................................................................................... 96
Exercice N°12....................................................................................................................................................... 97
Exercice N°13....................................................................................................................................................... 97
Exercice N°14....................................................................................................................................................... 97
Sujets d’examens .................................................................................................................................................... 98
Examen 2016 ........................................................................................................................................................ 98
Examen 2017 ........................................................................................................................................................ 99
Examen 2018 ...................................................................................................................................................... 101
TRAVAUX PRATIQUES .............................................................................................................. 103
TP1 : CONNAISSANCE DU MATÉRIEL ..................................................................................... 103
But .......................................................................................................................................................................... 103
1-1 Sectionneur....................................................................................................................................................... 103
Matériel utilisé : .................................................................................................................................................. 103
Manipulation ...................................................................................................................................................... 103
1-2 Relais thermique............................................................................................................................................... 103
Matériel utilisé ................................................................................................................................................ 104
Manipulation................................................................................................................................................... 104
1-3 Contacteur ........................................................................................................................................................ 105
Manipulation ...................................................................................................................................................... 105
TP2 : ÉCLAIRAGE ....................................................................................................................... 106
But .......................................................................................................................................................................... 106
Matériel utilisé ........................................................................................................................................................ 106
Éclairage non commandé ........................................................................................................ 106
I-
Manipulation................................................................................................................................................... 106
I-1 Simple Allumage ...................................................................................................................................... 107
I-2 Double Allumage ...................................................................................................................................... 107
I-3 Va et Vient ................................................................................................................................................ 108
II-
Éclairage de commandé ....................................................................................................... 108
II-1 Télérupteur .............................................................................................................................................. 108
II-2 Minuterie ................................................................................................................................................. 110
TP3 : Démarrage direct d’un moteur asynchrone dans un seul sens de rotation ............................ 112
But .......................................................................................................................................................................... 112
Couplage des moteurs......................................................................................................................................... 112
Liste du matériel ................................................................................................................................................. 113
Schéma de démarrage direct ............................................................................................................................... 113
Vérification hors tension : .............................................................................................................................. 114
TP4 : Démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé dans deux sens de rotation .................. 116
But .......................................................................................................................................................................... 116
Liste du matériel ................................................................................................................................................. 116
Schéma de démarrage direct dans deux sens de rotation .................................................................................... 117
Vérification hors tension : .............................................................................................................................. 117
TP5 : Freinage d’un moteur asynchrone triphasé .......................................................................... 119
But .......................................................................................................................................................................... 119
Liste du matériel ................................................................................................................................................. 120
Schéma de freinage par injection de courant continu ......................................................................................... 120
viii
Vérification hors tension : .............................................................................................................................. 121
Bibliographie ................................................................................................................................. 123
Lexique .......................................................................................................................................... 124
Câble (isolé) ........................................................................................................................................................... 124
Câble unipolaire ..................................................................................................................................................... 124
Câble multipolaire .................................................................................................................................................. 124
Canalisation ............................................................................................................................................................ 124
Courant nominal ..................................................................................................................................................... 124
Courant assigné ...................................................................................................................................................... 124
Courant admissible ................................................................................................................................................. 124
Courant d’emploi .................................................................................................................................................... 124
Surintensité ............................................................................................................................................................. 124
Surcharge ............................................................................................................................................................ 125
Court-circuit ....................................................................................................................................................... 125
Pouvoir de coupure ................................................................................................................................................. 125
Pouvoir de fermeture .............................................................................................................................................. 125
Tension de service .................................................................................................................................................. 125
Tension nominale ................................................................................................................................................... 125
Tension nominale d'isolement ................................................................................................................................ 125
Liaison équipotentielle ........................................................................................................................................... 125
Isolation fonctionnelle : .......................................................................................................................................... 125
ix
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
GENERALITES SUR
L'APPAREILLAGE ELECTRIQUE
1.1
DEFINITION
Un appareil électrique est un dispositif formé d’un assemblage de pièces destinées à
fonctionner ensemble, pour effectuer une tâche spécifique, selon la Commission Internationale
d’Électrotechnique (CIE/C. E. I 62271-200) le terme d’appareillage électrique est applicable aux
appareils de connexion et à leur combinaison avec des appareils de commande, de mesure, de
protection et de réglage qui leur sont associée.
1.2
CLASSES DES MATERIELS ELECTRIQUES
Le matériel électrique doit être conçu pour assurer une protection efficace contre les
contacts directs, il doit également être doté d’une protection contre les contacts indirects :
• Une première protection contre les décharges électriques mais dont la défaillance doit
être prise en compte cette protection dite protection principale ;
• Une deuxième protection contre les décharges électriques en cas où la protection
principale est défaillante cette protection dite protection supplémentaire.
La norme IEC 60950-1 présente quatre classes de protection électrique, présentées dans
le tableau suivant :
Tableau 1 Classes de protection électrique
Classe des matériels électriques
Classe
Caractéristiques
Emploi
0
Une isolation fonctionnelle sans prise de terre.
Interdit dans le milieu
industriel
I
Isolation fonctionnelle avec une borne de terre et une
liaison équipotentielle. Ces équipements possèdent une
prise de terre sur laquelle sont connectées les parties
métalliques.
Pour machines fixes
Isolation renforcée sans partie métallique accessible. Les
prises des équipements de classe II ne possèdent pas de
broche de terre.
Pour machines mobiles
Fonctionnement en très basse tension de sécurité (TBTS)
(50 V maximum). La tension doit être réalisée à l'aide d'un
transformateur de sécurité, réalisant une isolation
galvanique sûre entre le primaire et le secondaire.
Obligatoire sur les appareils
portatifs et les milieux
humides (rasoir électrique)
II
III
Symbole
ICE 60417-5119
ICE 60417-5172
1
ICE 60417-5180
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
1.3
FONCTIONS DE BASE DE L’APPAREILLAGE ELECTRIQUE
Il existe trois fonctions de base destinées à l’appareillage électrique, c’est d’assurer la
protection électrique, le sectionnement et la commande des circuits.
1.3.1
SECTIONNEMENT
Le but de sectionnement, c’est de séparer un circuit électrique sous tension pour l’isoler
du reste de l’installation ceci pour garantir la sécurité des personnes lors de l’entretien ou la
réparation.
Pour garantir un sectionnement parfait, on doit accomplir les conditions suivantes :
La coupure doit être omnipolaire1.
Il doit avoir un verrouillage, ou peut être cadenassé en position ouverte.
La vérification de l’ouverture des contacts soit visuelle, soit mécanique (appareils à
coupure pleinement apparente)
1.3.2
PROTECTIONS
D’une façon générale, la protection électrique présente les mesures nécessaires à prendre
pour protéger les usagers et les installations électriques contre le danger présenté par l’utilisation
de l’énergie électrique. Voici les types des protections :
PROTECTION CONTRE LES SURINTENSITES :
C’est la protection de l’installation électrique (l’appareillage électrique, canalisation…) contre
les surcharges et le court-circuit. En général, cette protection est assurée par des disjoncteurs qui
doivent être installés à l’origine de chaque circuit.
PROTECTION CONTRE LES DEFAUTS D’ISOLEMENT :
C’est la protection des personnes et des animaux. La protection est assurée par disjoncteurs,
dispositifs différentiels.
PROTECTION CONTRE LES RISQUES D’ECHAUFFEMENT DES
MOTEURS :
Ces risques sont dus aux surcharges ou blocage mécanique d’un moteur, ou la perte d’une
phase lors d’un fonctionnement en triphasé. La protection de surcharge des moteurs est
1 Relatif à tous les pôles, y compris le neutre
2
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
consacrée aux relais thermiques accompagnés d'un fusible type aM assurant la protection contre
le court-circuit, ou directement par un disjoncteur magnétothermique.
PROTECTION CONTRE LES EFFETS DE LA FOUDRE ET LES
SURTENSIONS :
Se protéger contre la foudre consiste la mise en place de paratonnerres assurant la
protection des structures et des personnes contre les impacts de foudre (effets directs). De plus,
il faut assurer la protection de l’équipement électrique au cas où la foudre tombe sur une installation
électrique où à sa proximité produisant ainsi des surtensions transitoires (effets indirects).
1.4
COMMANDE DES CIRCUITS ELECTRIQUES
La commande représente les actions d’intervention volontaires aux différents niveaux
d’une installation électrique en charge.
1.4.1
COMMANDE FONCTIONNELLE
Cette commande a pour rôle la mise sous ou hors tension d’une l’installation électrique
en service normal partiellement ou complètement.
1.4.2
COUPURE D'URGENCE
Cette commande est destinée à la mise hors alimentation d’une l’installation électrique au
cas où le fonctionnement devient dangereux.
1.4.3
COUPURE POUR ENTRETIEN MECANIQUE
Cette fonction est destinée à assurer l’interruption de l'alimentation électrique d'une
machine pendant des interventions sur les parties mécaniques.
1.5
CHOIX DE L’APPAREILLAGE
Le choix d’un appareillage électrique doit être conforme à une norme nationale ou un
document d’harmonisation, en Algérie, on doit se référer à la norme IANOR (Institut Algérien
de Normalisation). En l’absence d’une norme, le matériel électrique doit être conforme à la norme
C.E.I.
1.5.1
CARACTERISTIQUES D’UN APPAREILLAGE
L’appareillage électrique doit correspondre aux conditions et aux caractéristiques de
fonctionnement de l’installation électrique où il doit être aménagé, ils doivent en particulier
satisfaire aux prescriptions suivantes :
3
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TENSION
L’appareillage constituant une installation électrique doit être adapté au type de tension
(continu ou alternatif) et à la valeur maximale de la tension permanente appliquée par le réseau,
en plus, il doit supporter les surtensions pour une durée prévue.
COURANT
Le courant est variable dans une installation suivant la variation de la charge, le matériel
électrique doit être choisi compte tenu de la valeur maximale de l'intensité du courant (valeur
efficace en courant alternatif) qui les parcourt en service normal. Il faut également faire des
considérations aux surintensités en cas d’une anomalie.
FREQUENCE
Une augmentation de la fréquence provoque l’échauffement par l’effet des courants de
Foucault, la fréquence nominale de l’appareillage doit correspondre à la fréquence de la tension
d’alimentation.
PUISSANCE
En se fondant sur la puissance absorbée par la charge pour le dimensionnement d’une
installation électrique, on doit prendre en compte la puissance maximale qu'ils absorbent avec un
coefficient d'utilisation dans les conditions normales de service.
CONDITIONS D'INSTALLATION
Pour le choix du matériel électrique, on doit prendre en compte de son l’environnement
pour qu’il puisse supporter toutes les contraintes internes et externes, et pour qu’il puisse remplir
sa fonction avec fidélité et efficacité.
PREVENTION DES EFFETS NEFASTES
L’insertion de l’appareillage dans une installation électrique doit être choisie de manière à
ne pas introduire aucun effet néfaste ni aux autres équipements voisins ni au réseau
d'alimentation, parmi les facteurs qui peuvent avoir une influence, on peut citer :
1. Appels de courant ;
2. Déséquilibre des charges ;
3.
Facteur de puissance ; harmonique.
4
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PHENOMENES LIES AUX
COURANTS ET A LA TENSION
2.1
INTRODUCTION
L'ouverture d'un interrupteur ou d’un sectionneur a généralement pour but d'interrompre
le courant électrique ou de mettre hors tension (d’isoler) un circuit électrique, le récepteur peut
être capacitif (batterie de compensation), une charge inductive (moteur) l'interruption du courant
n'est pas instantanée puisque la bobine va libérer son énergie magnétique emmagasinée 2, ceci
sous forme d’étincelle (arc électrique) et pour les circuits capacitifs, lors de son ouverture ou de
sa fermeture, l’énergie stockée3 entre les contacts de l’appareil peut être très forte de sort qu’elle
peut faire la rupture du diélectrique, d’où la naissance d’un arc électrique qui peut provoquer des
dégâts catastrophiques.
2.2
PHENOMENES LIÉS AUX COURANTS
Le passage exagéré du courant dans un appareil peut provoquer des dommages
considérables ou diminution de la durée de vie du matériel si le contrôle ou la protection
nécessaire n’a pas été prise en considération. Le courant électrique est lié à l’apparition de
plusieurs phénomènes.
2.2.1
EFFET DES SURINTENSITES
Les surintensités présentent une contrainte thermique correspondant à un courant
supérieur au courant normal (surcharge ou court-circuit) traversant l’appareillage électrique, la
surintensité provoquent l’augmentation de température due à l’effet joule important, ce
phénomène provoque la dégradation des isolants.
2.2.2
EFFORTS ELECTRODYNAMIQUES
L’électrodynamique, c’est l’étude des actions mécaniques des courants électriques.
L’appareillage électrique est souvent soumis à des efforts électrodynamiques présentant une
contrainte mécanique dû à la forte intensité des courants de défaut. Les efforts mécaniques ont
1
2
𝑊𝐿 = 𝐿𝑖 2
3
𝑊𝑐 = 𝑐𝑉 2
2
1
2
5
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Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
pour effet de déformer ou de modifier les caractéristiques techniques des éléments constituants
l’appareil. Le calcul des efforts mécaniques n’est pas si simple, puisqu’il dépend non pas du
courant de défaut seulement, mais aussi de la forme géométrique et leur mode de fixation.
CALCUL SIMPLE DE L’EFFORT ELECTRODYNAMIQUE
On rencontre souvent le cas d’un conducteur parcouru par un courant et soumis à un champ
𝑑𝐿
magnétique. Sachant aussi que : la vitesse 𝑣 = 𝑑𝑡 et 𝑑𝑞 = 𝐼𝑑𝑡 ;
La valeur de la force différentielle exercée sur un élément de courant peut s’écrire :
⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑑𝐿
⃗⃗⃗⃗⃗⋀𝐵
⃗⃗ = 𝐼𝑑𝐿
⃗⃗
𝑑𝐹⃗ = 𝐼𝑑𝑡 𝑑𝑡 ⋀𝐵
Équation 1
Cette force est la force de Laplace.
Si le champ est constant tout le long du
conducteur et supposé en outre rectiligne, on peut
calculer la force totale :
Figure 1 Force de Laplace
𝐹 = 𝐼𝐿𝐵𝑠𝑖𝑛𝛼
Équation 2
CALCUL DES FORCES POUR DEUX CONDUCTEURS FILIFORMES
PARALLELES DE LONGUEUR INFINIE
Deux fils conducteurs parcourus par des
courants de court-circuit exercent une force
magnétique l’un sur l’autre (figure). Considérons
deux longs fils rectilignes parcourus par des
courants 𝐼1𝑐𝑐 et 𝐼2𝑐𝑐 .Ils sont parallèles et séparés
par une distance « d ». Calculer le module des
forces F 1-2 et F 2-1 ?
Réponse :
𝜇 𝐼
𝐹1−2 = 𝐼1 𝑙1 𝐵2 avec 𝐵2 = 2𝜋0 𝑑2 d’où
Pour le cas de deux lignes aériennes,
Figure 2 Calcul des forces dynamiques
I1cc = I2cc , 𝜇0 = 4𝜋10−7,
𝑙
2
𝐹1−2 = 𝐹2−1 = 2 ∗ 10−7 ∗ 𝑑 ∗ 𝐼1𝑐𝑐
Équation 3
On peut écrire l’équation de l’effort dynamique sous la forme :
2
𝐹1−2 = 𝐹2−1 = 𝑘 ∗ 𝐼1𝑐𝑐
Équation 4
6
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La figure suivante représente la variation de l’effort dynamique pour un courant de courtcircuit supposé sinusoïdale et 𝑘=2.
2
Félectrodynamique
1.5
Amplitude
1
0.5
0
 Icc
-0.5
-1
0
1
2
3
4
Temps
5
6
7
8
Figure 3 Variation de la force dynamique pour k=2
2.3
EFFET D’ARC SUR LES CONTACTS
L’appareillage électrique à contacts électriques
est chargé d’assurer physiquement l’ouverture et la
fermeture du circuit à chaque manœuvre. Un arc
électrique apparaît entre les deux faces des contacts
provoquant l’endommagement les matériaux (figure 4).
De plus, avec l’accroissement très rapide de la
température qui peuvent atteindre les 1.000.000 °C/s,
les matériaux subissent des efforts mécaniques,
hydrodynamiques et électromagnétiques agressifs. L’effet
de ces contraintes sollicite de nombreux effets
Figure 4 État de surface du contact fixe
après le passage d’un arc électrique à 100A
sous 220V
(Dr Alexandre Bonhomme 2005)
d’endommagements : faïençage 4 thermique, propagation
de fissures, ségrégation microscopique et macroscopique, formation de croûtes de matériau
fondu et solidifié.
4
Ensemble de fissurations, de craquelures de la surface d'un métal [LAROUSSE].
7
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2.4
PHENOMENES LIÉS AUX TENSIONS
Les perturbations au niveau du réseau sont multiples, provoquant des variations de
tension par une baisse ou une hausse de tension, la diminution de la tension (creux de tension)
d’alimentation dû par exemple a un démarrage d’un moteur de grande puissance provoque ainsi,
l’augmentation du courant, par contre une foudre qui tombe sur une ligne ou lors d’ouverture
d’une ligne provoque des surtensions, ce phénomène peut cependant détériorer durablement
l’appareil électrique.
2.4.1
CREUX DE TENSION
Un creux de tension est défini comme étant une chute brusque de la valeur efficace de
tension par rapport à la tension nominale dépassant les 10 %, la durée de ce creux peut aller de
quelques dizaines de millisecondes à quelques secondes, voir figure ci-dessous.
2.4.2
SURTENSION
Une surtension est définie comme une hausse brusque de la tension par rapport à la
tension nominale, les causes de surtension sont divers, dues à des causes atmosphériques (foudre),
ce type peut atteindre des milliers de volts pour une durée de 100 µs, l’autre type de surtension
est due à la pollution industrielle (utilisation de l’électronique de puissance) de fréquence de
100kHz à 1MHz (figure 5).
1000
Vef f = 220V
800
f = 50Hz
Surtension
générée par la Foudre
Surtensions
de manœuvre
600
Tension [ V ]
400
Creux de tension
200
0
-200
-400
-600
Med Mekhanet
-800
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
 = 2  f [ rad ]
Figure 5 Représentation des creux de tension et les surtensions.
8
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2.4.3
ISOLATION
L’isolation électrique, c’est la séparation entre deux conducteurs électriques par un
diélectrique. Les séquelles de défaillance l’isolation sont soumises à de nombreux effets, dégâts
mécaniques, vibration, excès de chaleur ou de froid, dépôt des impuretés diminuant la résistance
d’isolation ou le vieillissement.
2.4.4
RIGIDITE
C’est l’intensité maximale du champ électrique supporté par un milieu isolant, ceci avant
la naissance des décharges électriques, cette valeur est généralement exprimée en kV/cm. Au-delà
de ce palier de champ, il y a rupture diélectrique ou claquage, la rigidité est irréversible pour les
isolants solides (carbonisation), mais elle est réversible pour les isolants gazeux et liquides. Cidessous la rigidité diélectrique de quelque isolant.
Tableau 2 Rigidité diélectrique de quelques matériaux
Diélectrique
Air sec
Hexafluorure de soufre (SF6)
Octa-fluoro-cyclo butane C4F8
Oxygène O2
Bakélite
Caoutchouc (vulcanisé)
Carton
Cire d’abeilles
Eau distillée
Huile silicone
Huile de lin
Huile de térébenthine
Nylon
Papier (sec)
Polystyrène
2.4.5
Rigidité diélectrique (kV/cm) à T=20°C, 50Hz
21 à 24
52 à 60
94 à 108
19 à 22
240
150 à 250
80 à 120
100
50 à 100
150
80 à 190
110 à 160
140
60 à 110
24
État
Gaz
Gaz
Gaz
Gaz
Solide
Solide
Solide
Solide
Liquide
Liquide
Liquide
Liquide
Solide
Solide
Solide
CLAQUAGE
C’est un phénomène qui se produit dans un isolant électrique manifesté par la perte
brusque de ces propriétés d’isolement, soumis à un champ. Tout claquage entraîne une
détérioration plus ou moins importante du matériau.
2.5
IONISATION DES GAZ
Parmi les caractéristiques des diélectriques des gaz, c’est que le nombre d'atomes par unité de
volume qu’il est très faible par rapport aux diélectriques solides, pour cette raison, ils sont utilisés pour
éviter l'écoulement des courants électriques. Les électrons sont liés et ne se détachent que si on leur
fournit une énergie suffisamment grande et supérieure à l’énergie d’ionisation de l’atome.
9
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Remarque : L’énergie d’ionisation 𝑊 est l’énergie qui retient l’électron dans l’orbite de l’atome.
𝑊𝑖 = 𝑒𝑖 𝑉𝑖
𝑒𝑖 : Charge élémentaire d’un électron, 𝑉𝑖 : Potentiel d’ionisation.
2.6
Équation 5
TENSION TRANSITOIRE DE RETABLISSEMENT (TTR)
La tension transitoire de rétablissement (TTR, ou TRV de l'anglais Transient Recovery
Voltage), cette tension spécifiée par la norme C.E.I.
61071, c’est une tension électrique transitoire qui se
restitua aux bornes des contacts d'un appareillage
électrique lorsqu’on essaie d’interrompre le passage
d’un courant alternatif. Pour réussir une bonne
coupure de courant, il faut que la variation de
« 𝑑𝑟/𝑑𝑡 » du diélectrique accroisse d’une façon plus
rapidement que celui de la tension transitoire de
Figure 6 Tension transitoire de rétablissement [Wikipédia]
rétablissement (voir la figure suivante).
2.6.1
UTILITE DE LA TTR
En cas de remplacement d’un appareil de protection par un autre, les calculs de TTR
doivent être révisés. Il faut vérifier les surtensions générées lors de la coupure qu’ils sont
conformes aux niveaux d’isolement définir par la C.E.I. des organes de coupure. Si les niveaux
de surtension sont trop élevés, des dispositifs de protection contre la surtension doivent être
changés. La norme C.E.I. 60056 définit pour chaque tension nominale une valeur enveloppe qui
correspond aux besoins normalement rencontrés.
Tableau 3 TTR assignée donnée par la norme C.E.I. 60056 (D’après Schneider-Electric)
Tension assignée
(Ur en kV)
Valeur crête de la
TTR
(Uc en kV)
Temps T3
Vitesse
d’accroissement
(Uc /T3)
2.7
7.2
12
17.5
24
36
52
12.3
20.6
30
41
62
89
52
60
72
88
108
132
0.24
0.34
0.42
0.47
0.57
0.68
TENSION DE TENUE DIELECTRIQUE (TTD)
C’est la tension disruptive du milieu existant entre deux électrodes juste après la coupure.
Si la vitesse de renaissance de la TTD est plus grande que la vitesse d’accroissement de la TTR,
l’arc électrique s’éteint et la coupure est réussie.
10
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PHENOMENES
D’INTERRUPTION DU COURANT
ELECTRIQUE
L’interruption d’un courant électrique soit en courant continu ou en courant alternatif,
impose l’étude de plusieurs phénomènes physiques et chimiques. Le phénomène le plus prononcé
est l’apparition de l’arc électrique. Le concepteur de l’appareillage électrique doit prendre en
compte de ce point précis pour développer un appareillage plus performant et plus fiable.
Plusieurs solutions et des techniques de coupure ont été proposées, le but principal est de trouver
la solution optimale pour diminuer le nombre de composants constituant l’appareil électrique et
de minimiser son volume pour des courants de court-circuit importants.
3.1
L’ARC ELECTRIQUE
L’arc électrique est un déplacement d’un flux d’électron et d’un flux d’ions circulant en
sens opposé dans un milieu ionisé (plasma), il apparaît entre deux contacts lors de l’ouverture
d’un circuit électrique ou le claquage d’un diélectrique pour un seuil de champ électrique. Ce
phénomène fut découvert en 1813 par l’anglais Humphry Davy qui a étudié les effets à travers
différents gaz.
3.1.1
NAISSANCE DE L'ARC
Dès la séparation de deux contacts d’un
appareil de protection (d=0.1mm) s’établit une
tension d’arc comprise entre 15 et 20V, il
apparaît un point cathodique lumineux brillant
dû à l’intensité forte du champ électrique ⃗⃗⃗⃗
𝐸
(figure 7) ; ce qui génère un rayonnement
Figure 7 Phases de naissance d’arc par séparation de contacts
[Jean Quemeneur 2016]
thermoélectronique, les électrons accélérés par
ce champ provoque l’ionisation des molécules
par collision. Les ions résultants de cette
collision
répétée
provoquent
un
bombardement de l’anode, produisant une
augmentation de la température (de 2500 à 5000
11
Figure 8 Naissance d’arc électrique
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Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
°C) et un rayonnement thermoélectronique. Cet environnement de gaz ionisé (plasma) composé
de molécules de gaz décomposées favorise l’allongement de l’arc jusqu’à l’avalanche va atteindre
l’anode.
3.1.2
CALCUL DE L'ARC ELECTRIQUE
Lors de l’ouverture d’un circuit électrique, surtout, les circuits inductifs, il apparaît
fréquemment un arc électrique entre les deux contacts de séparation du dispositif de manœuvre.
Pour le maintien de l’arc électrique, un champ électrique est nécessaire, correspond à une chute
de tension dite tension d’arc, qui comporte trois zones distinctes.
3.1.3
CHUTE DE TENSION DANS L’ARC ELECTRIQUE
La chute de tension d’un arc
électrique
dépend
de
plusieurs
Tension anodique
paramètres, la chute de tension
diélectrique et de la pression du gaz
du milieu. La chute de tension
comporte trois zones figure 9 :
•
La chute de tension cathodique.
•
La chute de tension anodique.
•
Te nsion d'a rc
nature des électrodes, le milieu
Ua
cathodique, le gradient de tension, la
Zone cathodique
La chute de tension de la portion
d’arc.
0
X (longueur d'arc)
Figure 9 Représentation de la tension d'arc en fonction sa longueur
Finalement, la chute de tension est
donnée par Mme Ayrton par la relation suivante :
𝑈𝑎 = 𝑎 + 𝑏𝑋 +
𝑐+𝑑𝑋
Équation 6
𝑖
Avec :
𝒂 : Chute de tension cathodique ;
𝒃 : Gradient de tension ;
𝒄 et 𝒅 : des coefficients dépendant du milieu et la nature des électrodes ;
𝑿 : Longueur d’arc ;
𝑖 : Intensité de courant circulant lors de l’ouverture du circuit.
12
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Pour des courants de court–circuit l’intensité 𝑖 est très élevée, ce qui nous permet de
négliger le troisième terme de l’équation 6, ce qui donne :
𝑈𝑎 = 𝑎 + 𝑏𝑋
Équation 7
Généralement la valeur de 𝑎 varie entre 20V et 40V et le gradient b=50 à 100 V/cm
quand l’arc est stabilisé en allongement dans son contexte d’équilibre pression-température. Le
signe de 𝑈𝑎 change en même temps que le signe du courant d’arc.
3.1.4
RESISTANCE D’ARC
La relation entre la tension d’arc et le
courant, n’est pas similaire à la relation applicable
caractéristique 𝑈𝑎 (𝑖) (figure 10) montre que la
augmente, contrairement aux conducteurs. En
U
a
tension d’arc diminue lorsque le courant
Tension d'arc
dans le cas d’un conducteur métallique. La
outre, la pente de la courbe ∆𝑈𝑎 ⁄∆𝑖 est
équivalente à une résistance négative. La tension
d’arc est plus importante à courant croissant
qu’au courant décroissant.
3.1.5
i (Courant d'arc)
Figure 10 Caractéristique Ua (i)
ÉNERGIE PRODUITE PAR L’ARC ELECTRIQUE
L’énergie produite par l’arc électrique durant l’instant de son développement est donnée par :
𝒕
𝑾𝒂 = ∫𝟎 𝒂 𝒖𝒂 ∗ 𝒊 ∗ 𝒅𝒕
Équation 8
𝑡𝑎 : Temps d’apparition d’arc.
L’énergie produite par l’arc électrique fait fondre les composantes et remplit l’air par des
particules conductrices.
3.1.6
EFFETS DE L’ARC ELECTRIQUE
L’arc électrique est constitué de plusieurs manifestations développées par son énergie :
• Un effet thermique provoquant l’éclat de métal à très haute vitesse, le métal fondu et les
éclats se déplacent à une vitesse de 445 m/s, ce phénomène peut provoquer des incendies.
• L’augmentation de la pression du volume gazeux dû à l’augmentation brusque de la
température dans un volume restreint. La température de l’arc peut atteindre les 20000 °C
(20273.15 °K). L’effet de la pression s’accompagne d’un effet sonore, produisant un bruit
qui peut facilement dépasser les 160 dB ;
13
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• Rayons lumineux très intenses émettant un rayonnement couvrant une grande gamme
étendue de longueurs d'onde, 0.2 à 1.4 micromètres. Ce spectre englobe trois domaines, le
domaine de l'ultraviolet U.V, de la lumière visible de 400 à 700 nm et de l'infrarouge de 700
à 1400 nm. Ces rayons lumineux sont très nocifs pour la peau et les yeux.
3.1.7
CONDITIONS D'EXTINCTION DE L'ARC
Pour qu’on puisse éteindre l’arc électrique, il faut que la tension d’arc 𝑈𝑎 devienne
supérieure à la tension 𝐸 du générateur de tension qui alimente le circuit. De ce fait, l’intensité de
courant descend jusqu’à son annulation.
R
L
r Є [0, ∞]
E
Figure 11 Équivalence d'arc à une résistance variable.
L’équation électrique du circuit équivalent :
𝒅𝒊
𝑬 = 𝑼𝒂 + 𝑹𝒊 + 𝑳 𝒅𝒕
Équation 9
Le principe général de l’extinction d’arc vise à atteindre cet accroissement de tension. Les
principes utilisés sont :
• Action sur « a », augmentation du nombre de chutes de tension cathodiques
• Accroissement de la longueur « X » par allongement en utilisant les diverses techniques
d’allongement.
• Augmentation du gradient « b » par refroidissement du diélectrique (gaz ou liquide).
• Augmentation de la vitesse de coupure.
3.2
PRINCIPES DE COUPURE DE L'ARC ELECTRIQUE
Rappelons qu’il existe plusieurs techniques d’extinction d’arc comme il a été cité au
paragraphe (3.1.7 page14), soit par accroissement de la longueur «X» de l’arc électrique par
allongement de différentes techniques, soit par augmentation du gradient «b» par refroidissement
du diélectrique, et l’augmentation de la vitesse de coupure.
14
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3.2.1
TECHNIQUES PAR MULTIPLICATION DU NOMBRE DE CHUTES DES
TENSIONS CATHODIQUES
L’augmentation de la chute de tension de l’arc électrique va accélérer son extinction, les
techniques d’augmentation de la chute de tension sont basées sur la division de l’arc en le
fragmentant en plusieurs parties ce qui va décroître la tension d’arc jusqu’au niveau de la tension
génératrice et par la suite son extinction rapide.
Allongement par fractionnement utilisant des plaquettes ferromagnétiques
Cette technique est basée sur
l’augmentation de la résistance d’arc par
fractionnement en forçant l’arc à passer dans
une chambre de coupure (figure 12)
constituée de plaquettes ferromagnétiques
qui accroissent les chutes de tension au
voisinage des électrodes. Les plaquettes
permettent d’absorber la chaleur dégagée
par l’effet joule et participent ainsi à
fractionner l’arc et multipliant le nombre de
chutes de tension cathodiques.
Figure 12 Fractionnement d’arc par des plaquettes
ferromagnétiques
Fractionnement par multiplication du nombre de pôles
Une autre technique de fractionnement de l’arc permet de diviser le chemin de l’arc
électrique en deux parties, la procédure consiste à utiliser de deux pôles fixes et deux pôles
mobiles au lieu d’un seul pôle.
Pôle mobile
Pôles fixes
Figure 13 Multiplication du nombre de pôles pour fractionner l'arc
15
Mohammed Mekhanet
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3.2.2
TECHNIQUES D’ALLONGEMENT DE LA LONGUEUR D’ARC
Les techniques d’allongement d’arc pour son refroidissement, utilisent généralement la
force de Laplace et les principes des phénomènes thermiques. Ces techniques utilisent
généralement l’air sous tension atmosphérique comme diélectrique de coupure.
3.2.2.1.1
Allongement par soufflage par auto ventilation
Chaque pôle est placé dans une chambre en plastique
dur, muni d’un grand orifice a la partie inférieure et un
Air chaud
deuxième trou réduit à une fente à la partie supérieure créant
ainsi un petit cheminé. Lorsque l’arc électrique apparaît, à cause
de sa température élevée, l’air chaud mente vers le haut en
raison de sa plus faible densité va entraîner l’arc vers la partie
supérieur, par contre l’air frais entrant de la partie inférieure va
refroidir l’arc qui lui facilite son extinction. Ce principe est
utilisé pour les faibles puissances.
3.2.2.1.2
Air frais non ionisé
Figure 14 Soufflage d'arc par auto ventilation
Allongement par soufflage magnétique
L’arc électrique de par sa nature est sensible à la force de Laplace qu’engendrerait un
champ magnétique. En créant un champ magnétique, on peut alors soumettre l’arc à une force
qui tend à allonger l’arc. Ce champ magnétique peut être produit soit par une bobine en série avec
les contacts qui sera parcourue par le même courant circulant dans d’arc, soit par la création d’un
champ magnétique fixe qui utilise l'aiment permanent en U. La troisième solution, c’est
l’utilisation des tôles ferromagnétiques permettant de générer un champ magnétique créé par le
courant propre de l’arc et en même temps de son refroidissement. D’autre part, remarquons aussi
que le sens de la force de Laplace est inchangé ce qui permet d’utiliser ces techniques en courant
alternative et en continu.
Figure 15 Soufflage magnétique pour l'extinction d'arc [Édouard KABADANIAN 2003]
16
Mohammed Mekhanet
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3.2.2.1.3 Fractionnement d’arc pour son allongement par des plaquettes réfractaires
Le principe est basé sur la division par des plaques réfractaires en céramiques, entre
lesquelles l’arc s’attire. Lorsque le courant décroît, l’arc sera soumis aux efforts
électromagnétiques, il s’introduit entre les plaquettes. L’allongement d’arc entre les plaques le fait
refroidir au contact du matériau réfractaire ce qui fait augmenter sa résistance. La puissance de
refroidissement augmente et la coupure d’arc devient effective.
Figure 16 : allongement d’un arc électrique entre des plaques réfractaires
(Disjoncteur de type Solénarc - Marque Merlin Gerin).
3.2.2.1.4
Étouffement d’arc
Une
autre
technique
très
efficace utilisée pour l’extinction de
l’arc. Cette technique est utilisée pour
les fusibles. Le principe est simple, mais
complexe,
l’élément
chauffant
est
entouré généralement du sable de silice
pur. Son rôle est de dissiper l’énergie
emmagasinée par l’arc et d’assurer
l’extinction d’arc. Après extinction d’arc
et la fusion de l’élément fondu, des
Figure 17 Extinction d'arc par étouffement d'arc
fulgurites obtenues présentés sous trois
formes :
•
Gouttelettes liquides, solidifiées au périphérique dans les parties latérales de la fulgurite.
•
Particules fines de la fulgurite adjacente aux grains de sable de silice solides.
•
Vapeurs métalliques dégagées par la création du plasma d’arc qui se referment sur la surface des
grains.
17
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Figure 18 Structure de la fulgurite après fusion. [William Bussiere 2000]
Le sable de silice, étouffe l’arc électrique par conduction ce qui permet de refroidir
l’environnement entourant l’élément chauffant.
Figure 19 Dissipation d'énergie de l'arc électrique dans le sable de silice [William Bussiere 2000]
Le fusible est donc à usage unique, il doit être remplacé après sa fusion, c’est l’un des
inconvénients majeurs.
3.2.3
TECHNIQUES DE COUPURE PAR AUGMENTATION DU GRADIENT DE
POTENTIEL DU MILIEU DE COUPURE
La technique d’extinction d’arc dépend du
niveau de tension électrique, pour chaque niveau,
on utilise un milieu diélectrique approprié. La
coupure dans l’air est utilisée pour des tensions
atteignant les 24 kV. Par contre, l’air comprimé est
utilisé pour des tensions variant du 12 à 800 kV, le
vide et l’huile, dont la tension minimale est de 3kV
et des niveaux maximaux de 36 et 220kV
respectivement. Le gaz SF6 qui présente une grande
Figure 20 Les niveaux des tensions pour chaque type de
diélectrique [Schneider]
rigidité par rapport aux diélectriques déjà évoqués, il couvre une large plage de tension allant de
3 à 800kV. Le choix final de la technique de coupure dépend des facteurs techniques et des
considérations économiques.
18
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La coupure d’arc électrique ne réussit que si le milieu d’extinction est favorisé par
certaines conditions d’environnements. La puissance de refroidissement du milieu diélectrique
doit être supérieure à la puissance thermique dégagée par effet joule lors de la coupure d’arc. Pour
cette raison, il faut favoriser une bonne conductivité thermique. La diminution de la température
favorise une bonne isolation électrique pour faciliter le rétablissement de la tension. D’autre part,
il faut favoriser de régénérer les propriétés diélectriques le plus vite possible afin d’éviter un
réamorçage intempestif.
L’environnement de coupure est donc un élément primordial dans la phase de conception
d’un appareil de protection.
3.2.3.1.1
Coupure dans l’air
Ce procédé utilise l’air sous la pression atmosphérique comme diélectrique, sachant que
l’air est caractérisé par une rigidité de 3kV (76 cm mercure – 25°C), les techniques de coupure
sont déjà citées au paragraphe (3.2.2) utilisant la technique d’allongement d’arc. Ces techniques
sont utilisées en basse tension.
3.2.3.1.2
Technologie de coupure dans l'air comprimé
Dans cette technique, l'arc électrique est éjecté par un intense flux d’air comprimé,
caractérisé par une densité moléculaire supérieure à celle de l'air sous sa pression atmosphérique.
La haute pression est générée à l’aide d’un compresseur d’air permettant de maintenir la haute
pression variant de 20 à 35 bars. Le soufflage d’arc permet de régénérer la tenue diélectrique et
améliorer les performances thermiques afin d’assurer une bonne coupure. Les disjoncteurs
équipés de cette technique sont capables d’interrompre des courants allant jusqu’à 275 kA sous
36kV avec une durée d’élimination du défaut instantanément.
Figure 21 Technique de coupure d'arc dans l'air comprimé [Édouard KABADANIAN 2003]
19
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3.2.3.1.3
Technologie de coupure dans l'huile
Lors de la séparation des contacts, l’arc
électrique va décomposer l’huile en dégageant les gaz
comme le dioxyde de carbone, du méthane, l’acétylène
et spécialement de l’hydrogène en grande quantité. La
grande température provoque la formation d’une bulle
de gaz sous une grande pression (100 à 150 bars). Au
passage du courant par zéro naturel, l’arc s’éteint du
fait de la présence de l’hydrogène. Remarquons qu’en
réalité la coupure d’arc s’effectue dans l'hydrogène
Figure 22 (a) Apparition des Bulles de gaz à l’origine
d’un défaut [D’après Schneider-Electric]
(b) Disjoncteur a coupure dans l’huile
[Denis DUFOURNET]
caractérisé par une constante de temps d’ionisation très faible. L'inconvénient mangeur de
l'hydrogène, c’est le risque d’explosion en présence de l’air.
3.2.3.1.4
Technologie de coupure dans le vide
La première application industrielle de la coupure à vide a été réalisée à la fin des années
1950. Le vide est un environnement diélectrique idéal pour la
coupure d’arc électrique vu l’absence théorique de la matière
conductrice. La pression est de 10-6 à 10-7 mm de mercure, la
rigidité diélectrique est de 200 kV/cm. Dans le vide, les porteurs
de charges font peu de chocs et sont très rapidement capturés
par les électrodes.
Lors de séparation des contacts, les matériaux
s’évaporent créant un environnement très ionisé, générant un
arc électrique. Cet arc est maintenu par la contribution d’énergie
externe jusqu’au passage suivant du courant par zéro. La
cathode reste la seule source génératrice de plasma. Des
1- Tige / borne
2- Soufflet métallique
3- Capot
4- Isolateur en céramique
5-. Gainage
6- Contacts
7- tige
8- Capot
Figure 23 Composants d’une chambre de coupure
sous vide [Document ABB]
courants faibles entraînent la répartition de l’arc sur toute la
surface des contacts, on parle alors d’un arc diffus (figure 24). Il
en résulte une fusion intense les matériaux des contacts et une
augmentation de l’évaporation au zéro de courant, ce qui
détermine le pouvoir de coupure d’une chambre de coupure
sous vide. C’est ainsi qu’un arc dans le vide est un véritable arc
de vapeur métallique. L’apparition de l’arc est approvisionnée
Figure 24 Arc concentré [a] et arc diffus [b]
[Schneider-Electric]
par les particules issues de la vaporisation des contacts.
20
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3.2.3.1.5
Technologie de coupure dans l'hexafluorure de soufre SF 6
Le SF6 c’est un gaz pur, il est environ 5,5 fois plus lourd que l’air, incolore, inodore, il
n’est ni toxique, ni agressif pour l’environnement. De plus, sous la même pression, la rigidité
diélectrique du SF6 est trois fois plus supérieure à celui de l’air. En outre, d’autres caractéristiques
lui permettent de se présenter comme un bon capteur d’électrons libres dans le plasma, ce qui
réduit la conductivité électrique. Sur le plan thermique, la température de dissociation5 est de
l’ordre de 1830°C pour laquelle il est pratiquement isolant. L’état hyper-conducteur généré se
comporte comme un bon refroidisseur. Les électrons libres, qui ne croissent vraiment qu'au-delà
d’une température de 3700°C vont être capturés par les atomes de Fluor en absorbant
les calories stockées dans l’arc, ce qui permet le refroidissement rapide de l’arc et par conséquent
son extinction.
3.2.4
ACCELERATION DE LA VITESSE DE COUPURE
Une autre solution permettant de limiter l’existence l’un arc, c’est d’accélérer le temps
d’ouverture des contacts, ce qui permet
en conséquence une limitation de
courant présumé de court-circuit d’où
l’énergie de coupure. Le petit disjoncteur
ultrarapide permet de couper des
courants de 70 kA en un temps très
courts atteignant les 6μs. Les appareils
de protection sont équipés de dispositif
tel que l’utilisation des mécanismes à
ressorts de rappel ou oléopneumatiques
pour assurer les manœuvres.
Le mécanisme de la figure 25
présente un ressort d’enclenchement
tendu et un ressort de déclenchement
détendu. Un petit moteur électrique,
Figure 25 Mécanisme de commande à ressorts [Denis DUFOURNET]
permet de comprimer le ressort d’enclenchement après une manœuvre de fermeture. En fin de
La dissociation est un phénomène issu d’une réaction chimique qui se produit à hautes températures dépassant les 1200 °C,
faisant apparaître des composés qui inexistant à la température ambiante.
5
21
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compression, ce dernier est maintenu sous tension à l’aide de l’accrochage mécanique
d’enclenchement.
3.2.5
COUPURE SANS ARC
Le développement moderne des recherches en matériaux, surtout le domaine des semiconducteurs a permis de réussir une coupure de courant sans l’apparition d’arc. La coupure est
presque idéale vu l’absence des agents extérieurs. L’utilisation des varistances caractérisées par des
résistances variables par la variation du courant, c’est avérée une solution idéale pour limiter les
forts courants.
La CTP (Cœfficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature
Cœfficient) c’est une thermistance dont la résistance augmente fortement avec la température dans
une plage de température limitée. Pour cette raison, elle est utilisée pour limiter le courant, si le
courant augmente dans le cas d’une sur charge ou un court-circuit, la température monte du fait de
l'effet Joule. La résistance CTP s’accroît avec la température et limite le courant.
L’inconvénient majeur des semi-conducteurs, ce sont les limites dues aux contraintes
thermiques. Sur le plan technologique, ce procédé est utilisé en parcimonie et dans des domaines
spécifiques limités par le niveau des courants supportés par le semi-conducteur.
3.2.6
CHOIX DE LA TECHNIQUE DE COUPURE
Le tableau suivant présente les différentes techniques de coupure et l’appareillage
correspondant ainsi que les rapports entre l’énergie de coupure et l’énergie efficace.
Tableau 4 Différentes techniques d'extinction d'arc
Technique de coupure
Coupure dans l’air
Huile
Air comprimé
SF6 Hexafluorure de
soufre
Vide
Semi-conducteur
Observations
Appareils simples, robustes et sécurisés,
très utilisés en BT
Appareils aux performances relativement
modestes
Appareils demande l’approvisionnement
en air comprimé et demande beaucoup
d’entretien
Technique très utilisée, actuellement, elle
couvre les gammes de tensions MT, HT et
THT
Leur utilisation en HT ou THT dépend à
l’amélioration de performances
Technique en développement
22
Rapport de l’Énergie de
coupure par rapport à
l’énergie efficace
0.5
0.1
0.02
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APPAREILLAGE DE
CONNEXION
L’appareillage de connexion a pour rôle d’assurer la continuité de passage du courant dans
un circuit électrique en supportant des contraintes mécaniques (comme les forces dynamiques),
chimiques (comme la corrosion) et thermiques (par échauffement par effet joule) ceci dans les
conditions de fonctionnement permanentes ou transitoires. Au point de vue microscopique, le
contact ou la connexion réelle entre deux pièces métalliques ne s’effectue pas sur la totalité de la
surface, mais seulement sur quelques points seulement ce qui augmente la résistance de contact
d’où la mauvaise connexion. En plus, des effets néfastes de l’arc électrique, l’environnement de
fonctionnement a beaucoup d’influence sur le comportement d’un contact électrique qui peut
provoquer l’oxydation des parties métalliques. Un mauvais serrage d’une connexion ou une
mauvaise fermeture d’un contact provoque un échauffement excessif, ce dysfonctionnement
cause une diminution de la durée de vie de l’appareil.
4.1
CONTACTS, BORNES ET CONNEXIONS
On rencontre dans la catégorie de l’appareillage électrique, l’appareillage de connexion,
permettant d’assurer la liaison entre deux ou plusieurs circuits électriques.
4.1.1
APPAREILLAGE DE CONTACTS ET DE CONNEXION
Les contacts électriques sont de multiples types, nous rencontrons les contacts qui se font
d’une façon permanente, temporaire et les contacts glissants.
CONTACTS PERMANENTS
Le contact permanent permet le lien continu pour le passage de courant, dans cette
catégorie, on distingue les contacts non-démontables tels que les soudures le sertissage ou
épissure.
a)
Contact par sertissage
b) Contact par soudure
c)
Figure 26 Contacts non démontables
23
Contacts par épissure (photo Wikipédia)
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La deuxième catégorie dite contacts démontables tels que les systèmes à vis ou les systèmes par
coincement (figure 27).
Contact par coincement le WAGO
Figure 27 Exemples des contacts démontables
Contact par vis
CONTACTS TEMPORAIRES
Les contacts temporaires ont pour rôle d’établir une connexion d’une façon non
permanente, généralement composés des fiches et des prises, comme les prises électriques
douilles et lampes etc.
Fiche banane mâle femelle
Prise électrique male
femelle
Figure 28 Exemples des contacts temporaires
Lampe douille
CONTACTS GLISSANTS
Les contacts glissants sont composés de deux parties l’une fixe et l’autre mobile. On
rencontre deux types de contacts, le premier à mouvement rotatif comme le système du
commutateur et les bagues avec des balais rencontré sur les machines électriques, et le deuxième
type présenté par le contact à mouvement de translation rencontré dans les rails conducteurs.
Système balais-collecteur
4.1.2
Balais bagues du rotor bobiné d’une machine
asynchrone
Figure 29 Exemples des contacts glissants
Raille conductrice [VAHLE 2001]
BORNES ET CONNECTEURS
24
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Les bornes et les connecteurs sont des dispositifs indispensables dans un circuit
électrique, ils assurent la liaison électrique des appareils raccordement des conducteurs entre eux
et la dissipation thermique dégagée par le point de raccordement.
BORNES DE RACCORDEMENT
Ce dispositif permet le raccordement électrique dans un câblage électrique coffret armoire
électrique ou platine (figure 30).
Figure 30 Borne de jonction pour
raccordement
BLOC DE JONCTION
Le bloc de jonction assure le raccordement électrique entre deux ou plusieurs fils
électriques dans une boite de dérivation. Il existe deux types de raccord, le premier est connu
sous le nom de domino électrique (serrage par
vis) son inconvénient, c’est son encombrement
(figure 31). Le second est un nouveau système
appelé WAGO 6 , il est plus compact et plus
pratique, utilisant un serrage par ressort ou levier
(voir figure 27 page 24 et figure 31).
Figure 31 Borne de jonction Domino et WAGO
BOITE DE JONCTION OU DE DERIVATION
La boite de jonction, elle est souvent
utilisée dans les installations de bâtiment, il
permet de tirer plusieurs départs d’un point de
connexion. Il permet aussi de rassembler les
départs vers les différents appareils électriques
ou un point départ de réserve.
Figure 32 Boites de jonction (Société KBK)
WAGO : c'est le nom de la société allemande, fabrique principalement des bornes pour appareillages électriques pour le
bâtiment et pour automatismes.
6
25
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DOUILLES DE LAMPES
Elles
représentent
les
supports
et
les
connecteurs rapide alimentant les lampes électriques
elles sont présentées sous plusieurs types et tailles,
douilles pour les lampes incandescences ou à LED, on
trouve la baïonnette et filtrage, ou pour les lampes tube
Figure 33 Différents types de douilles électriques
néon.
PRISE DE COURANT
Les prises des courants sont
des
appareils
de
connexion
permettant la mise en disponibilité
d’une puissance électrique sous la
tension du réseau pour un appareil
électrique amovible. La partie fixe
sous tension (alimentation) est le
connecteur femelle appelé socle,
généralement fixé sur le mur par
encastrement ou apparent, et la partie
mobile est le connecteur mâle appelé
fiche reliée au récepteur destiné à
Figure 34 Types des fiches et des prises (Source : www.flickr.com)
être branché à un socle pour
alimentation.
4.1.3
SECTIONNEURS
DEFINITION
La norme C.E.I. 60947-3 définie le sectionneur comme étant un appareil mécanique de
connexion :
➢ Capable de couper uniquement à vide (sans charge en aval) qui satisfait en position d'ouverture
aux prescriptions de la fonction sectionnement
➢ Capable de supporter des courants dans des conditions normales, et des courants dans des
conditions anormales, comme les courts-circuits, pendant une durée spécifiée (dans l’état fermé).
Remarque : le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure.
26
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SYMBOLE
La norme symbolise le sectionneur par le schéma présenté dans la figure 36 :
Figure 36 Symbole d’un sectionneur porte-fusible
Figure 35 Sectionneur porte-fusible triphasé
Figure 37 Constituants internes d'un sectionneur (Legrand)
27
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ROLES D’UN SECTIONNEUR
Le sectionneur est un appareil permettant d’assurer deux fonctions :
-
La séparation d’une façon visible, un circuit électrique en aval de son alimentation, cette
fonction assure la sécurité des personnes lors de la maintenance ou une intervention
quelconque sur le circuit électrique.
-
Cet appareil est souvent muni de fusibles, il est alors appelé sectionneur porte-fusibles, cette
fonctionnalité permet la protection du matériel.
-
Certains sectionneurs comportent aussi des contacts à pré-coupure (13-14 ou 23-24)
permettant de couper la commande des organes de puissance afin d'éviter une manœuvre en
charge.
CARACTERISTIQUES D’UN SECTIONNEUR
Un sectionneur est caractérisé par :
o
o
o
o
o
Le nombre de pôles,
La valeur de la tension assignée,
Le courant assigné,
Le nombre de contacts auxiliaires,
La nature de la commande.
Choix d’un sectionneur :
Pour le choix d’un sectionneur, on doit rendre en compte les étapes suivantes :
1. Déterminer le nombre de phases (pôle) (monophasé, triphasé, ou tétrapolaire).
2. Savoir la valeur de la tension assignée d’emploi Ue (tension maximale applicable entre
2 pôles de l'appareil).
3. Calibre de l’appareil : le courant maximal supporté par l’appareil pendant un temps
déterminé par le constructeur.
4. Pour un sectionneur porte-fusible, on doit connaitre le type (voir paragraphe 6.1.5 page
43: gG usage général, aM pour les moteurs, etc. ...), le calibre du fusible et les
dimensions géométriques de la cartouche.
5. Le nombre des contacts de pré coupure (3-4) suivant le nombre de circuits de
puissance a sectionné.
6. Accessoires de commande, fixation et dispositif de cadenas.
28
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Tableau 5 Caractéristiques du sectionneur suivant le nombre de pôles et le type de raccordement
Blocs nus tripolaires
Calibre Taille des cartouches
fusibles
Nombre de
contacts de précoupure (1)
Raccordement par bornes à ressort
25A
10X38
(4)
Raccordement par vis-étrier ou connecteur
32
10X38
(4)
50A
14X51
1
Dispositif contre la
marche en monophasé
(2)
Référence
Sans
LS1 D323
Sans
Sans
Avec
Sans
Avec
Sans
Avec
Sans
Avec
LS1 D32
GK1 EK (4)
GK1 EV (4)
GK1 ES (4)
GK1 EW (4)
GK1 FK (4)
GK1 FV (4)
GK1 FS (4)
GK1 FW (4)
Dispositif contre la
marche en monophasé
(2)
Sans
Sans
Avec
Sans
Avec
Sans
Avec
Sans
Avec
Référence
2
125A
22X58
1
2
Blocs nus tétrapolaires
Calibre
Taille des
cartouches fusibles
32A
50A
10x38
14x51
Nombre de
contacts de précoupure (1)
(4)
1
2
125A
22X58
1
2
LS1 D32(3) + LA8 D324
GK1 EM (5)
GK1 EY (5)
GK1 ET (5)
GK1 EX (5)
GK1 FM (5)
GK1 FY (5)
GK1 FT (5)
GK1 FX (5)
Tableau 6 Caractéristiques du sectionneur suivant le type de fusible et la tension d’emploi et le courant thermique
Type
LS1 D25
Caractéristiques des pôles
Taille des fusibles
10x38
Tension nominale d’emploi,
V
660
avec broches en alternatif
Courant permanant maximal pour
une température ≤ 40°C
Avec broche
A
25
Avec fusible aM
A
22
Avec fusible gl
A
20
Caractéristiques du contact de pré-coupure
Tension nominale d’emploi
V~
500
V=
440
Courant nominal thermique
A
10
GK1 EK, EM
DK1 FB
DK1 GB
DK1 HC
DK1
-JC
DK1KC
14x51
660
22x58
660
22x58
660
0
1000
1
1000
2
1000
50
45
40
80
80
63
152
125
100
200
200
160
315
315
250
500
500
400
500
440
6
500
600
10
500
600
10
500
600
20
500
600
20
500
600
20
29
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APPAREILLAGE DE
COMMANDE
5.1
DEFINITION
Les dispositifs de commande regroupent plusieurs appareils, ils ont pour rôle d’établir ou
d’interrompre un courant à partir d’une action commandée soit sous forme d’une information
mécaniquement, électrique, etc.
5.2
INTERRUPTEUR
L’interrupteur, c’est un appareil mécanique de commande capable à établir et à
interrompre des courants dans des conditions normales y compris des surcharges. D’autre part,
il est capable de supporter le passage des courants dans des conditions anormales, comme le
court-circuit pendant une durée spécifiée, permettant ainsi la réponse de la protection, mais il ne
peut en aucun cas interrompre un courant de court-circuit (Norme C.E.I. 60947-3). Certains
Interrupteurs sont prévus pour remplir également les fonctions de sectionneur (appelés
Interrupteur-Sectionneur).
5.2.1
SYMBOLE DE L’INTERRUPTEUR
L’interrupteur est schématisé par les symboles suivants :
Figure 38 Photo d'un Interrupteur BT
(Legrand)
5.2.2
Figure 39 Symbolisation d'un
interrupteur
Figure 40 Symbole d'un interrupteursectionneur
ROLE
Le rôle d’un interrupteur est de relier un récepteur à son alimentation et d’interrompre le
passage de courant dans les conditions normales. Il ne peut pas jouer le rôle d’un élément de
protection dans un circuit, il est toujours associé à un appareil de protection, tel que le fusible ou
le disjoncteur.
30
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5.2.3
CARACTERISTIQUES
L’interrupteur est caractérisé par :
1) Caractéristique d’emplacement ; l’interrupteur est caractérisé par la tension, le courant et
de la fréquence, ces paramètres doivent être en concordance avec les caractéristiques du réseau
sur lequel l’interrupteur est installé.
2) Localisation et de l'application, l’interrupteur doit posséder les trois fonctions de base le
sectionnement, la commande, la consignation, la sécurité. D’autre part, pour un interrupteur,
il faut savoir la valeur du courant de court-circuit et la catégorie d'emploi (voir tableau
constructeur (Schneider)).
Tableau 7 Choix d'interrupteur suivant sa localisation et son application
Tableaux
de
distribution
de
puissance
Tableaux
industriels et
armoires
d’automatisme
Tableaux
divisionnaires
(produits
modulaires)
Petits
coffrets de
distribution
tertiaire
Coffres
d’automatismes
Coffrets de
proximité
Domaine d’intensité
400 à
6300A
40 à 630A
20 à 160A
≤ 125A
≤ 40 à 125A
10 à 630A
Commande en charge des circuits
Oui
Oui
Oui
Oui
■
■
■
■
■
■
10 kA
3 à 5 kA
■ I ≤ 63A:10
kA
Fonctions de base des interruptions BT
Sectionnement
Consignation de l’état sectionné
Verrouillage par cadenas
Niveau maximum de court-circuit
Caractéristiques
de commande
Commande
Montage
AC21A
AC22A
AC23
AC3
Relative
Frontale direct
Oui
Oui
■
■
■
Par coupure pleinement apparente ou coupure visible
■
■
■
Fonctions / Caractéristiques complémentaires
20 à 80 kA
■
■ I ≤ 160A:15 à
25 kA
■ I ≤ 63A:15kA
■ I ≤ 400A:20 à
80 kA
■ I ≤ 160A:25
kA
■
□
■
□
■I≤
630A:25 kA
■
□
■
■
■
■
□
■
■
Frontale prolongée
□
□
□
Latérale prolongée
En platine
■
□
□
□
■
Rail DIN
(Nez de 45mm)
□
■
■
Fonctions spécifiques
□
□
□
Protection différentielle
Déblocable,
contacts auxiliaire,
déclencheurs
Autres
auxiliaires,
télécommande
Arrêt d’urgence
□
■
■
□
□
■ Obligatoire
□ Possible
□
■
■
■
■
■ I ≤ 163A
■
□
■
■
□
□
□
□
□
3) Coordination ; l’interrupteur doit être protégé par un dispositif de protection contre les
surintensités, situé en amont. Le dispositif de protection doit être en coordination avec les
interrupteurs en cas de court-circuit aval, en fonction de la tenue électrodynamique ou du
pouvoir de fermeture en court-circuit de l'appareil.
31
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5.3
INTERRUPTEUR DIFFERENTIEL
L’interrupteur différentiel, est équipé d’un dispositif détectant le courant de fuite son
pouvoir de coupure est limité à l'intensité nominale et non pas un courant de court-circuit. Il sert
donc uniquement à interrompre le circuit électrique lorsque les deux courants de la phase et du
neutre sont différents en cas d'un défaut d'isolation. Pour assurer la protection des personnes, le
seuil de déclenchement est limité à 30 mA.
Figure 41 Photo d'un Interrupteur Différentiel 30mA (Hager)
5.4
COMMUTATEURS
5.4.1
DEFINITION
Figure 42 Symbole d’un interrupteur Différentiel
Un commutateur est un appareil de commande qui permet à rétablir, à inverser le sens
du courant électrique, il permet aussi la répartition du courant dans différentes voies d’un circuit.
5.4.2
SYMBOLE
Voici quelques commutateurs les plus connus comme l’interrupteur va et vient ou le
commutateur double allumage.
Figure 43 Commutateur rotatif 7 positions
Figure 44 Commutateur double allumage
32
Figure 45 Commutateur va et vient
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5.4.3
ROLE
Le commutateur a pour rôle de relier ou d’interrompre le courant dans un ou plusieurs
circuits électriques, un commutateur est caractérisé par ces positions qui permettent le
multiplexage des voix des courants.
5.4.4
CARACTERISTIQUES DU COMMUTATEUR
Les caractéristiques du commutateur sont presque identiques aux caractéristiques d’un
interrupteur, le choix d’un commutateur est basé sur :
• Les caractéristiques électriques : courant maximal, tension maximale et fréquence.
• Le type de contacts : permanents ou momentanés.
• Le nombre de contacts : interrupteur simple, inverseur double, etc.
• La forme mécanique : à glissière, à bascule, à clef, rotative, etc.
5.5
CONTACTEUR
5.5.1
DEFINITION
Le contacteur est un appareil mécanique de commande capable d'établir ou d'interrompre
le passage de courant électrique dans les conditions normales ou de surcharges. Il est appelé aussi
pré-actionneur puisqu'il se trouve avant l'actionneur dans la chaîne de puissance. Pour un
contacteur, tous les contacts principaux sont ouverts au report, si c’est l’inverse l’appareil est
appelé donc (rupteur). La commande des contacteurs se fait par des bobines de faible puissance.
5.5.2
SYMBOLE
Le contacteur est symbolisé par une bobine relier mécaniquement avec les contacts
principaux et auxiliaires voir figure 47.
Figure 47 Symbole du contacteur
Figure 46 Photo d'un contacteur
33
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5.5.3
CONSTITUANTS D’UN CONTACTEUR
Le contacteur électromagnétique est constitué de trois ensembles fonctionnels :
•
Pôles de coupure : leur rôle est d'établir et de couper le courant circulant dans le circuit de
puissance. Ces pôles sont dotés de dispositif d’extinction d’arc qui prend naissance à l'ouverture
des pôles. La numérotation des pôles de coupure est (1-2, 3-4, 5-6), figure 47 et figure 48.
•
Circuit auxiliaire : composé de contacts à ouverture (NF : 21-22) ou à fermeture (NO : 13-14)
permettant d'assurer l'auto-alimentation, la signalisation ou le verrouillage électrique. Dans le cas
où le nombre de contacts est
insuffisant, on ajoute des contacts
supplémentaires par le biais d’un autre
appareil
de
connexion
monté
mécaniquement sur le contacteur
appelé bloc de contacts auxiliaires, il
peut être instantané ou temporisé.
•
Circuit de commande : constitué
d’un circuit magnétique feuilleté
Figure 48 Bloc de contact instantané monté sur son contacteur (SIEMENS)
afin de réduire le passage des courants de Foucault, ce circuit magnétique est alloué par une ou
deux bagues de déphasage ou spires de Frager, générant dans une partie du circuit magnétique
un flux de déphasage par rapport au flux alternatif principal, ce dispositif permet d’éviter
l’annulation périodique du flux total.
Une bobine (A1-A2) par son alimentation, il
permet la fermeture du circuit électrique (pôles), le
contacteur fonctionne par tout ou rien, si la bobine est
alimentée, le circuit de puissance est en travail, si on coupe
l’alimentation de commande de la bobine le courant dans
le circuit de puissance est interrompu. C’est pour cette
raison le contacteur est appelé monostable. Les bobines
sont souvent présentées sous différents types de tension
(continue ou alternative) et différents niveaux de
Figure 49 Spire de Frager et la bobine du contacteur
tensions de commande (24V, 48V, 110V etc.).
34
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
Capot isolant de protection supérieur
Capot isolant de protection inférieur
Contact fixe
Vis de fixation
Noyau magnétique mobile
Ressort de rappel
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Bobine de commande
Noyau magnétique fixe
Lame de commande d’entrefer
Antichoc
Butée arrière (Antichoc entre le noyau fixe et le socle)
Socle en plastique dur
Figure 50 Constituants d'un contacteur
Remarque : la numérotation est aussi l’ordre de démontage du contacteur.
5.5.4
CARACTERISTIQUES ET CHOIX D’UN CONTACTEUR
Le choix d’un contacteur est lié aux éléments suivants :
1.
2.
3.
4.
Calibre d’un contacteur
Catégories d’emploi (voir tableau 8 et le tableau 9) ;
Nombre de cycles de manœuvres par heure
Durée de vie exigée par le cahier de charge
CATEGORIES D’EMPLOI
Les catégories d’emploi sont fixées par la norme C.E.I. 947-4.
•
•
Nature du récepteur (moteur à cage, moteur à bagues, ou résistances).
Conditions dans lesquelles s’effectuent la fermeture et l’ouverture :
o Nature de marche du moteur,
o Lancé ou calé, en cours de démarrage,
o Inversion du sens de rotation,
o Freinage à contre-courant.
5.5.4.1.1 EMPLOI EN COURANT ALTERNATIF SELON C.E.I. 947-4
5.5.4.1.1.1 CATEGORIE AC1 :
Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant alternatif (récepteurs), dont le
facteur de puissance est au moins égal à 0,95 (cos ϕ ≥ 0,95).
35
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5.5.4.1.1.2 CATEGORIE AC2 :
Cette catégorie concerne le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche
par "à-coups" des moteurs à bagues. A la fermeture, le contacteur établit le courant de démarrage,
voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. À l'ouverture, il doit couper le courant de
démarrage, sous une tension au plus égal à la tension du réseau.
5.5.4.1.1.3 CATEGORIES AC3 :
Elle concerne les moteurs à cage dont la coupure s'effectue moteur lancé. À la fermeture,
le contacteur établit le courant de démarrage qui est de 5 à 7 fois le courant nominal du moteur.
À l'ouverture, le contacteur coupe le courant nominal absorbé par le moteur, à cet instant, la
tension aux bornes de ses pôles est de l'ordre de 20 % de la tension du réseau. La coupure reste
facile.
Exemples d'utilisation : tous moteurs à cage courants : ascenseurs, escaliers roulants,
bandes transporteuses, élévateurs à godets, compresseurs, pompes, malaxeurs, climatiseurs, etc.
5.5.4.1.1.4 CATEGORIES AC4 ET AC2 :
Ces catégories concernent les applications avec freinage en contre-courant et marche par
"à-coups" avec des moteurs à cage ou à bagues. Le contacteur se ferme sous une pointe de
courant qui peut atteindre 5 à 7 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce
même courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible. Cette
tension peut être égale à celle du réseau. La coupure est sévère. Exemple d'utilisation : machines
d'imprimerie, à tréfiler, levage, métallurgie.
5.5.4.1.2 EMPLOI EN COURANT CONTINU SELON C.E.I. 947-4
5.5.4.1.2.1 CATEGORIE DC-1
Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant continu (récepteurs) dont la
constante de temps (L/R) est inférieure ou égale à 1 ms.
5.5.4.1.2.2 CATEGORIE DC-3
Cette catégorie régit le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche par
"à-coups" du moteur shunt. Constante de temps ≤ 2 ms. A la fermeture, le contacteur établit le
courant de démarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. À l'ouverture, il doit
couper 2,5 fois le courant de démarrage sous une tension au plus égal à la tension du réseau.
Tension d'autant plus élevée que la vitesse du moteur est faible, de ce fait, sa force contreélectromotrice peu élevée et la coupure est difficile.
36
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5.5.4.1.2.3 CATEGORIE DC-5
Cette catégorie concerne le démarrage, le freinage en contre-courant et la marche par "àcoups" de moteurs série. Constante de temps ≤ 7,5 ms. Le contacteur se ferme sous une pointe
de courant qui peut atteindre 2,5 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe
ce même courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible.
Cette tension peut être égale à celle du réseau. La coupure est sévère.
Tableau 8 Résumé des catégories d'emploi en courant alternatif (Extrait du catalogue Télémécanique)
Fonctionnement normal
Conditions de fermeture et de
coupure
Fermeture
Fonctionnement occasionnel
Coupure
Fermeture
Coupure
Catégo
rie
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝑐𝑜𝑠𝜑
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝑐𝑜𝑠𝜑
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝑐𝑜𝑠𝜑
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝑐𝑜𝑠𝜑
AC1
1
1
0.95
1
1
0.95
1.5
1.1
0.95
1.5
1.1
0.95
AC2
2.5
1
0.65
2.5
1
0.65
4
1.1
0.65
4
1.1
0.65
Moteurs à cage
Coupure moteur lancé
AC3
6
1
0.35
1
0.17
0.35
8
1.1
0.35
6
1.1
0.35
Moteurs à bagues
Coupure moteur calé
AC4
6
1
0.35
6
1
0.35
10
1.1
0.35
8
1.1
0.35
Pour 𝑰𝒆 >100A
Résistances (Charges non
inductives)
Moteurs à bagues
Coupure moteur calé
Tableau 9 Résumé des catégories d'emploi en courant continu (Extrait du catalogue Télémécanique)
Fonctionnement normal
Conditions de
fermeture et de
coupure
Fonctionnement occasionnel
Fermeture
Coupure
Fermeture
Coupure
Catégorie
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝐿
(ms)
𝑅
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝐿
(ms)
𝑅
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝐿
(ms)
𝑅
𝐼⁄
𝐼𝑒
𝑈⁄
𝑈𝑒
𝐿
(ms)
𝑅
DC1
1
1
1
1
1
1
1.5
1.1
1
1.5
1.1
1
DC2
2.5
1
2
1
0.10
7.5
4
1.1
2.5
4
1.1
2.5
Moteurs shunt
Coupure moteur calé
DC3
2.5
1
2
2.5
1
2
4
1.1
2.5
4
1.1
2.5
Moteurs série
Coupure moteur lancé
DC4
2.5
1
7.5
1
0.30
10
4
1.1
15
4
1.1
15
Moteurs série
Coupure moteur calé
DC5
2.5
1
7.5
2.5
1
7.5
4
1.1
15
1.5
1.1
15
Résistances (Charges
non inductives ou
faiblement inductives)
Moteurs shunt
Coupure moteur lancé
CADENCE DE MANŒUVRES
C’est le nombre de cycles de manœuvres effectués par le contacteur pendant une heure.
FACTEUR DE MARCHE
C’est le rapport entre la durée de passage du courant
pendant un cycle de manœuvre et la durée du cycle.
𝑚% = 100 ∗ 𝑡⁄𝑇
Figure 51 Exemple de calcul de facteur de marche
37
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Exemple 𝑚% = 100 ∗ 10⁄30 = 33.3 %
Les valeurs normalisées du facteur de marche sont : 15, 25,40 et 60 %.
DUREE DE VIE ELECTRIQUE OU ENDURANCE ELECTRIQUE
C’est le nombre de cycles de manœuvres en charge que les contacts des pôles sont susceptibles
d’effectuer sans remplacement. La durée de vie dépend de la catégorie d’emploi, le courant d’emploi, et
de la tension d’emploi.
Figure 52 Durée de vie électrique et catégories d'emploi AC1 (extrait de la documentation Télémécanique)
Figure 53 Durée de vie électrique e catégories d'emploi AC2-AC3-AC4 (Extrait de la documentation Télémécanique)
38
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Tableau 10 Guide de choix des contacteurs suivant la catégorie AC1-AC2-AC3-AC4 (Extrait de la documentation Télémécanique)
39
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Tableau 11 Choix des contacteurs pour le circuit rotorique, couplage de condensateurs et transformateurs (Extrait de la documentation
Télémécanique)
40
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APPAREILLAGE DE
PROTECTION
6.1
FUSIBLE
Le fusible a été breveté par Thomas Edison en 1880 et développé par le physicien anglais
Sir Joseph Swan. Le fusible, c’est un appareil qui protège les équipements électriques, ils sont
régis par la norme C.E.I. 60269.
6.1.1
DEFINITION
Le fusible, également appelé coupe-circuit à fusible, est un appareil de protection qui
interrompe le courant électrique par fusion lorsque le circuit présente un court-circuit "et", "ou"
une surcharge suivant le type de charge.
6.1.2
SYMBOLE
Vu les différents types des fusibles on trouve les trois symboles suivants :
Fusible
Fusible à percuteur
Sectionneur porte-fusible
Figure 54 Symbolisation des fusibles
6.1.3
CONSTITUTION D’UN FUSIBLES
L’élément essentiel d’un fusible, c’est la lame fusible (élément 10, figure 55) qui doit être
dimensionnée en fonction du courant de court-circuit nominal et le temps de coupure, le
deuxième élément important, c’est la poudre de silice (élément 11, figure 55) permettant
d’étouffer l’arc électrique le plus vite possible pour ne pas provoquer des incendies ou
d’explosion. Les autres éléments constituants d’un fusible sont indiqués sur la figure 55.
41
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Taille du fusible
Tension alternative maximale d’emploi
Pouvoir de coupure (Courant maximal
peut être coupé et supporté par le
fusible)
Référence de la cartouche
Type du fusible
Conformité à la norme C.E.I
Courant nominal du fusible ou calibre
8.
Embout de contact
9.
Cylindre isolant en céramique
10. Lame fusible en (Al, Ag, Cu, Ni ou Zn)
11. Poudre de silice (permet l’extinction d’arc par
étouffement)
12. Soudure (Élément fusible+ plaquette)
13. Plaquette de soudure
Figure 55 Indications portées sur le fusible et constituants internes
6.1.4
AVANTAGE DES FUSIBLES
Les avantages du fusible qui le caractérise d’autres appareils de protection grâce à
plusieurs performances :
•
Rapidité de coupure ;
•
Meilleur limiteur de courant permettant de protéger les êtres vivants (les
personnes et les animaux) ;
•
Caractérisé par un grand pouvoir de coupure ;
•
La coupure d’arc se fait dans un environnement fermé évitant ainsi des incendies.
•
Faible dissipation de puissance ;
•
Universalité, les fusibles peuvent protéger des câbles, les transformateurs, les
moteurs, les condensateurs, et des équipements d’électronique.
•
Grande endurance au vieillissement et ne demande pas de maintenance.
•
Prix très réduit
42
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6.1.5
CLASSIFICATION DES FUSIBLES
Selon le type de la charge ou l’élément à
protéger, on classe les fusibles en deux zones de
coupures, la première zone s’appelle la zone « g
: général » destiné à protéger contre la surcharge
et le court-circuit par contre la deuxième zone
est la zone « a : accompagnement » ce type
protège contre le court-circuit seulement.
Pour désigner le type d’un fusible
(catégorie d’emploi) on utilise deux lettres, la
première lettre en minuscules désignant la zone
Figure 56 Courbes représentatifs des classes de fusible pour le
même calibre
de coupure et la deuxième lettre écrite en
majuscule, désignant la catégorie de charge à protéger.
Tableau 12 Catégorie d'emploi selon la norme C.E.I. 60947
Première lettre
Deuxième lettre
G
M
R
S
Tr
Catégorie d’utilisation
Général (conducteurs)
Moteurs
Semi-conducteurs
Semi-conducteurs avec une puissance dissipée réduite
Transformateur
PV
Photovoltaïque
D
Disjoncteur
Zone de coupure
g : général
a : accompagnement
1. Classe gG : fusible à usage général, remplaçant l’ancien fusible gL, gF, gI et gII. Cette classe
protège contre la surcharge et le court-circuit. Principalement destinée à la protection des
conducteurs.
a. gL : classe d'emploi ancienne, à usage générale remplacée par la classe gG.
b. gF : classe d'emploi qui appartient à la norme allemande ancienne
remplacée par la catégorie gG caractérisé par son action retardée.
c. gI : classe d'emploi ancienne remplacée par gG, caractérisé par son action
retardée.
d. gII : classe d'emploi ancienne remplacée par gG, caractérisé par son
action rapide.
2. Classe gB : Fusible à usage général destiné à couper tous les courants dans la protection des
installations du secteur minier.
43
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3. Classe gD : Classe de fusible avec une caractéristique à action destiné pour des applications à
usage générale et pour la protection des moteurs électriques (Norme nord-américaine).
4. Classe gN : Classe de fusible nord-américain utilisé pour des applications générales,
principalement pour la protection des câbles et des lignes électriques.
5. Classe gPV : Fusible à usage général destiné à couper tous les courants dans la protection des
systèmes d'énergie solaire photovoltaïques.
6. Classe gM : fusible utilisé pour la protection des circuits moteurs des surcharges et des courtscircuits (utilisé en Grande-Bretagne).
7. Classes gR, gS : fusibles ultra-rapide UR protègent les conducteurs et les semi-conducteurs
contre les surcharges et les courts-circuits.
8. Classe gTr : cette classe est destinée à la protection des transformateurs
9. Classe aM : Accompagnement moteur, ces fusibles désignés pour la protection contre le courtcircuit seulement, la partie de surcharge est affecté à un autre dispositif de protection des
surcharges. Ces fusibles sont marqués en vert.
10. Classe aD : est un accompagnement du disjoncteur, utilisé par les distributeurs de d’énergie
électrique et placé dans les dérivations des abonnés. Il effectue la coupure des courants de courtcircuit et ménage ainsi la durée de vie du disjoncteur associé.
11. Classe aR : Usage Ultra rapide, ce type de protection est destiné pour les semi-conducteurs
contre les surcharges.
6.1.6
CARACTERISTIQUES DES FUSIBLES
Un fusible est caractérisé par plusieurs paramètres permettant son choix, les principaux
éléments sont les suivants :
TENSION NOMINALE
En fonctionnement normal, la tension au (borne) des embouts du fusible est nulle, une
fois l’élément fusible est fusionné, le fusible doit assurer l’isolement du circuit protégé du réseau.
Le choix d’un fusible doit commencer par le choix de la tension nominale du circuit. Connaissant
la tension maximale du circuit qui est égale à la tension nominale plus la variation, cette valeur
doit être inférieure à tension maximum d’emploi.
Exemple : un circuit 230±10% la tension critique égale 230*1.1=253V ; on doit choisir
un fusible dont la tension nominale = 400V.
44
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Tableau 13 Sélection de la tension nominale du fusible (Extrait du catalogue Mersen)
Type des fusibles
gG, aR, aM
Tension nominale (V)
230
400
500
690
Tension maximum d’emploi (V)
253
440
550
725
COURANT ASSIGNE
𝐼 𝑛 : Appelé aussi calibre du fusible, c’est le courant efficace supporté par la cartouche en
permanence, sans changement des caractéristiques
COURANT MINIMUM DE COUPURE
𝐼 𝑐 𝑚𝑖𝑛 : C’est le courant de défaut minimum qu’un fusible est capable d’interrompre d’une
manière sûre.
POUVOIR DE COUPURE
𝑃𝑑𝑐 : Valeur du courant de court-circuit maximal présumé que le fusible est capable
d’interrompre sous une tension d’emploi spécifiée. Le fusible doit impérativement assurer que la
tension de rétablissement ne provoque aucun réamorçage d’arc après la fusion. Le Pdc est
exprimé en kA.
Exemple : Un fusible gG de calibre 16A, Un=500V, pour un fusible 22×58 le
Pdc=100kA.
COURANT DE NON-FUSION
𝐼 𝑛𝑓 : C’est le courant supporté par la lame fusible pendant un temps conventionnel
imposé par la norme, sans la fusion du fusible.
COURANT DE FUSION
𝐼 𝑓 : Courant qui provoque la fusion du fusible avant le temps conventionnel.
Tableau 14 Zone de fusion et le temps conventionnel (M.Vial)
Calibre 𝑰 𝒏
Courant de non fusion
𝑰 𝒏𝒇 (A)
Courant de fusion
𝑰 𝒇 (A)
Temps conventionnel
4A
4A < In≤ 10
10A < In≤ 25A
25A < In≤ 63A
63A < In≤ 100A
100A < In≤ 160A
160A < In≤400A
1.50
1.50
1.40
1.30
1.30
1.20
1.20
2.10
1.90
1.75
1.60
1.60
1.60
1.60
1h
1h
1h
1h
2h
2h
3h
45
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COURBE DE FONCTIONNEMENT D’UN FUSIBLE
Cette courbe spécifie la zone de fusion
définie par la norme. Pour un temps
conventionnel, les deux limites de fusion et
non-fusion sont imposées aux constructeurs.
Exemple : pour un fusible 25A, il peut
supporter jusqu’à (25+1.4=26.4A) pendant
1heure sans fusion et un courant 26.75A
provoque la fusion avant 1h (tableau 14).
Figure 57 Courbe de fonctionnement d'un fusible
(Jean-Pierre Jean)
6.1.7
FONCTIONNEMENT DES FUSIBLES
Pour le fonctionnement normal de l’installation électrique, le fusible se comporte comme
un simple conducteur, il dissipe l’énergie calorifique normalement sans variation de ces
caractéristiques électriques, mécaniques ou thermiques. Dans le cas où un court-circuit est
survenu, l’augmentation du courant de défaut va faire fusionner l’élément fusible. La durée de
fonctionnement est caractérisée par deux intervalles :
• Régime de pré-arc : débute de 𝑡0 jusqu’ au pic de courant, cet instant est noté 𝑡𝑝 temps
de pré-arc c’est l’intervalle de fusion.
• Régime d’arc : qui commence de 𝑡𝑝 l’instant d’apparition d’arc jusqu’à l’extinction d’arc à
l’instant 𝑡𝑡, cet intervalle est l’intervalle d’arc.
f = 50Hz
maximum du courant présumé
1
Courant eff. présumé
0.8
tt : Temps de fusion total
0.6
maximum du courant limité par le fusible
0.4
Courant réel
tp : temps de préarc
0.2
ta: temps d'arc
0
0
2.5 ms
5 ms
7.5 ms
10 ms
Figure 58 Intervalles de fusionnement du fusible
46
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LIMITATION DU COURANT DE COURT-CIRCUIT
Lors d’apparition de l’onde du courant de courts-circuits, le fusible coupe le courant du
circuit en l’espace de quelques millisecondes. Cela signifié que l’onde de courant sinusoïdal
n’atteint pas sa valeur de crête, de cette façon les fusibles sont donc des limiteurs de courant. Les
deux paramètres caractéristiques de la limitation du courant de court-circuit par le coupe-circuit
sont :
• Courant crête réellement atteint par le courant dans le circuit protégé.
• Courant efficace présumé, qui se développerait s’il n’y avait pas de fusible dans le circuit.
Remarque : Il n’y a limitation que si le temps de pré-arc < 5 ms (réseau 50 Hz).
CONTRAINTE THERMIQUE
Cette valeur caractéristique est calculable par l’intégrale de joule, en considérant que la
résistance R du circuit est égale à l’unité, sa valeur est l’intégrale du courant coupé sur l’intervalle
de temps de fusion totale, exprimé en A2.s (Ampère carré seconde).
𝑡𝑡
2
𝑡
∫𝑡0 𝑖(𝑡)2 𝑑𝑡 = 𝐼𝑒𝑓𝑓
Équation 10
Figure 59 Diagramme de limitation des contraintes thermiques par les fusibles gG (Catalogue SOCOMEC)
47
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Figure 60 Diagramme de limitation des contraintes thermiques par les fusibles aM (Catalogue SOCOMEC)
Figure 61 Valeur crête en fonction du courant présumé pour différentes calibres des cartouches gG (Catalogue SOCOMEC)
48
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Figure 62 Valeur crête en fonction du courant présumé pour différentes calibres des cartouches aM (Catalogue SOCOMEC)
6.1.8
CARACTERISTIQUE TEMPS / COURANT DU FUSIBLE
Courbe donnant la durée de pré-arc ou la durée de fusionnement en fonction du courant
présumé.
Fusible de type gG
49
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Fusible de type gPV
Fusible de type aM
Figure 63 Caractéristiques (temps/courant) des fusibles gG, gPV et aM
Exemple : Pour un courant de surcharge 𝐼𝑠𝑢𝑟𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 = 10𝐴 , la cartouche aM4 (4 Ampères), ne
coupe jamais cette intensité, par contre la cartouche gG4 coupe ce courant à 5s environ et à 3s
seulement pour une cartouche gPV4.
50
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6.2
RELAIS THERMIQUE
La particularité des moteurs comme charge, c’est qu’ils demandent un courant important
lors de démarrage pour une durée qui dépend de la puissance et le type de charge entraînée.
L’utilisation des fusibles de type aM qui le protège contre les courts-circuits seulement, de ce fait
le moteur sera non protégé contre les surcharges ce qui demande de réfléchir à ajouter une
protection supplémentaire, ce rôle est dédié à un appareil de protection appelé relais thermique.
6.2.1
DEFINITION
C’est un appareil qui peut être utilisé en alternatif et en continu est destiné à la protection
contre les surcharges faible et prolongé. Elle vient aussi pour combler l’intervalle non protégé par
les fusibles accompagnements.
6.2.2
SYMBOLE :
Figure 65 Symbolisation d'un relais thermique
Figure 64 Photo d'un relais Thermique (Télémécanique)
6.2.3
CONSTITUTION D’UN RELAIS THERMIQUE
L’élément capital d’un relais thermique c’est le système des bilames détectant les
surcharges, en plus le relais thermique est muni par d’autres dispositifs indispensables tels que le
dispositif différentiel (paragraphe 6.2.5), le système d’accrochage et de réarmement mécanique
pour éviter le redémarrage du moteur qu’après l’intervention et correction du défaut et le
mécanisme de réglage du courant permettant de fixer le calibre de déclenchement.
6.2.4
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN RELAIS THERMIQUE
Le principe du relais thermique est basé sur la dilatation des bilames formés de deux
métaux ayant des coefficients de dilatation très différents. Ces bilames enveloppés par une
résistance bobinée chauffante pour chaque phase raccordée en série avec une phase du moteur.
Lors d’un défaut de surcharge le courant absorbé par le moteur augmente, le bilame s’incurve par
échauffement actionnant un dispositif différentiel. En outre, un accrochage mécanique est prévu
pour mémoriser le défaut.
51
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Figure 66 Éléments constituant du relais thermique
1 Couvercle supérieur
2 Languette de réglage du calibre de déclenchement
3 Bouton de réarmement
4 Un système de bilames plus résistances bobinées
d’échauffement
5 Couvercle isolant
6.2.5
6 Dispositif de réglage du calibre et de réarmement.
7 Système différentiel (Réglettes et levier)
8 Cache isolant de protection
9 Bornes de raccordement circuit de commande
10 Ressorts de rappel
11 Bornes de raccordement circuit de puissance
FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF DIFFERENTIEL
Le système différentiel est formé de deux languettes et un levier qui se déplace en fonction
de l’incurvation des bilames, leur fonctionnement est résumé dans le tableau suivant :
Position à froid
Les deux réglettes du dispositif sont en butée à droite
Position à chaud
Les trois phases sont parcourues par le même courant,
fonctionnement
le déplacement des réglettes est identique.
équilibré
Les courants traversant les trois phases sont distincts
provoquent des incurvations différentes. Le
Position à chaud
déplacement de la réglette inférieure est faible, par
fonctionnement
contre la réglette supérieure entraînée par les deux
déséquilibré
autres bilames se déplace fortement, le levier est relié
(monophasé
aux réglettes avec deux points pivotants différemment
déséquilibré)
de ce fait le déclenchement du système se fait
instantanément.
52
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6.2.6
CLASSE D’UN RELAIS THERMIQUE
Il existe des classes de déclenchement des relais thermiques suivant l’importance de
l’inertie du moteur ; classe 10, classe 20 et classe 30. Ces classes sont représentées par le tableau
suivant :
Tableau 15 Classe des relais thermiques
1.05 Ir
Classe
10A
10
20
30
1.2 Ir
1.5 Ir
Temps de déclenchement à partir de l’état froid*
<2h
< 2 min
<2h
< 4 min
<2h
< 8 min
<2h
< 12 min
> 2h
> 2h
> 2h
> 2h
7.2 Ir
2s ≤ tp ≤ 10s
2s ≤ tp ≤ 10s
2s ≤ tp ≤ 20s
2s ≤ tp ≤ 30s
*État froid signifie "sans passage préalable de courant".
𝑰𝒓 : est le courant de réglage du relais thermique qu'il est possible de régler son intervalle
de réglage (min et max), il est préférable de choisir un relais dont le courant nominal soit au centre
de la plage de réglage
Le couple de démarrage augmente en
fonction de sa charge motrice. En
outre, le type de charge mécanique
influe sur le choix de la classe du relais
thermique,
car
pour
la
même
puissance du moteur, les pics de
démarrage diffèrent suivant le type de
fonctionnement
du
moteur
(extrudeuse ou convoyeur.).
Il existe quatre classes à choisir
suivant le type de la charge motrice
pour le même calibre de réglage. Il
est nécessaire de choisir un relais
thermique
classe
30
qui
Figure 67 Classes de déclanchement du relais thermique (Document
Schenider)
ne
déclenchera pas intempestivement le moindre pic de courant.
6.2.7
COURBE DE DECLENCHEMENT
C’est des courbes représentant le temps de déclenchement du relais thermique en
fonction des multiples du courant de réglage. Les classes 10, 20 et 30 sont destinées pour les
moteurs dont le temps de démarrage est de 10s, 20s et 30s respectivement.
53
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123-
Fonctionnement équilibré, 3 phases sans passage préalable du courant (à froid)
Fonctionnement sur les deux phases sans passage préalable du courant (à froid)
Fonctionnement équilibré, 3 phases après passage prolongé du courant (à chaud)
Figure 68 Courbes de déclenchement du relais thermique pour les deux classes 10 et 20
6.2.8
Fonctionnement
1
2
3
Classe 10
15s
10s
8s
Classe 20
32
20s
10s
CHOIX DU RELAIS THERMIQUE
Après avoir choisi le calibre
du fusible, on doit choisir le relais
thermique,
l’intersection
de
la
courbe de fusion avec la courbe de
déclenchement du relais thermique,
nous indique le courant limité
coupée que le contacteur, doit
pouvoir couper. L’association d’un
contacteur et d’un relais thermique
constitue un discontacteur. Le
choix et le réglage du relais
thermique se font en fonction :
Figure 69 Détermination du Pdc du contacteur
54
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•
Du courant nominal du moteur
•
De la plage de réglage du relais thermique
•
De la classe de déclenchement en fonction du temps de démarrage.
Le tableau suivant représente une variété de référence des relais thermiques, pour les deux
classes 10 et 20 d’après le constructeur.
Tableau 16 Association relais thermique (classe 10 et 20) avec fusible et contacteur
6.3
DISJONCTEUR
L’inconvénient majeur d’un fusible, c’est qu’il doit être remplacé après sa fusion, il est
intéressant de concevoir un dispositif qui peut protéger contre les courts-circuits sans son
remplacement, ce rôle est affecté au relais magnétique, par contre les surcharges sont dédiées au
relais thermique. Cette combinaison conçoit un élément de protection très important appelé
disjoncteur.
6.3.1
DEFINITION
Le disjoncteur, c’est un appareil électromécanique de protection contre les surintensités
(surcharge et /ou court-circuit), il peut interrompre automatiquement le courant de défaut. En
outre, le disjoncteur peut établir et interrompre manuellement un courant normal d’un circuit
électrique.
55
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6.3.2
SYMBOLE
Figure 71 Photo d'un disjoncteur BT
Figure 70 Photo d'un disjoncteur BT (document DEBFLEX)
6.3.3
TYPE DES DISJONCTEURS
Il existe plusieurs types de disjoncteurs suivant leurs types de protection.
Pour la protection contre les courts-circuits, on trouve les disjoncteurs magnétiques, le
disjoncteur de type thermique pour la protection des surcharges et le type disjoncteur différentiel
pour la protection des personnes.
(d)
(a) Protection magnétique
(b) Protection thermique
(c) Symbole d’un disjoncteur magnétothermique
(d) Symbole disjoncteur différentiel
Figure 72 Symbole des protections magnétiques, thermiques et différentielles
6.3.4
CONSTITUTION D’UN DISJONCTEUR EN BASSE TENSION
Trois éléments essentiels constituent le disjoncteur magnétothermique :
1- Le système de coupure d’arc électrique constitué de la chambre de coupure et les contacts
principaux de plus le dispositif de commande manuelle.
2- Dispositif de protection thermique, identique au système du relais thermique composé des
bilames et de la bobine de chauffage relié au système de déclenchement automatique.
3- Bobine de courant, permettant de détecter les forts courants de courts-circuits reliés au dispositif
de déclenchement automatique.
Les trois systèmes de déclenchement (levier mécanique de l’ouverture manuelle), les deux
déclencheurs magnétiques et thermiques sont reliés mécaniquement afin de dégager des contacts
principaux en cas d’un défaut ou une commande manuelle.
56
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1 et 1’ Bornes de raccordement
6- Contact fixe
2- Bilame
6’- Contact mobile
3- Circuit magnétique
7- Mécanisme de déclenchement
4-Tresse souple
8- Levier de commande 2 positions
5-Chambre de soufflage d’arc
9- Flasque isolant
Figure 73 Constituants internes d’un disjoncteur monobloc BT
6.3.5
CARACTERISTIQUES DES DISJONCTEURS
Les paramètres caractéristiques pour le choix d’un disjoncteur sont :
• Tension assignée d’emploi 𝑈𝑒 : c’est la tension d’utilisation d’un disjoncteur.
•
Courant nominal 𝐼𝑛 du dispositif de protection, il doit être égal au calibre de la
cartouche fusible placé dans le circuit protégé.
•
Courant d'emploi 𝐼𝐵 : il s'agit du courant nominal ou maximal de la charge.
•
Courant assigné : c’est le courant permanent maximal supporté par le disjoncteur
à une température ambiante, en respectant les limites thermiques.
•
Courant admissible dans la canalisation 𝐼𝑧 : est définie comme étant l'intensité
maximale permise dans la ligne protégée.
57
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•
Courant de réglage 𝐼𝑟 ou 𝐼𝑟𝑡ℎ : est le courant maximal qui ne provoque pas le
déclenchement disjoncteur. Sa valeur est comprise entre 𝐼𝐵 et 𝐼𝑧 . Les
déclencheurs thermiques sont en général réglables de 0,7 ∗ 𝐼𝑛 à 1 ∗ 𝐼𝑛 .
•
Courant de fonctionnement 𝐼𝑚 : courant provoquant le déclenchement lors d’une
surintensité. Cette valeur peut être préréglée ou réglable entre 1,5 ∗ 𝐼𝑛 et 20 ∗ 𝐼𝑛 .
•
Pouvoir de coupure Pdc : c’est l’intensité maximale du courant de court–circuit
présumé qu’un disjoncteur peut interrompre sous une tension donnée. Il s’exprime
en kA efficace symétrique.
6.3.6
•
Nombre de pôles.
•
Type de déclencheur (magnétique, thermique ou différentiel).
COURBES DE DECLENCHEMENT
Pour un disjoncteur magnétothermique, cette courbe est la composition de la courbe de
déclenchement du relais thermique et la courbe de déclenchement du relais magnétique. Le temps
du déclencheur magnétique varie entre 15 ms à 25 ms par contre le temps d’un déclencheur
thermique peut varier de 0.5 à 5 secondes comme valeur minimale jusqu’à 1 h comme temps
conventionnel.
Tableau 17 Tableau des courbes des disjoncteurs
Courbe
Seuil du déclencheur magnétique
Z
2.4 à 3.6 ∗ 𝐼𝑛
B
3 à 5 ∗ 𝐼𝑛
C
5 à 10 ∗ 𝐼𝑛
D
10 à 14 ∗ 𝐼𝑛
MA
12 à 14 ∗ 𝐼𝑛
La norme IEC 60947-2 définit les différentes courbes de déclenchement des disjoncteurs comme suit :
•
Courbe type B : Ce type de disjoncteur est destiné à la protection des personnes en régime de neutre
IT ou TN, des générateurs et des câbles de grande portée, la plage de fonctionnement de ce type est
entre 3 et 5 𝐼𝑟 .
•
Courbe type C : Ce disjoncteur convient pour les installations domestiques éclairage et
d'alimentations générales. La plage de fonctionnement entre 5 et 10 𝐼𝑟 .
58
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•
Courbe type D : ce type de disjoncteur affecté à la protection des installations et des câbles
présentant un rappel de courant (charges inductives, transformateurs, moteurs ...), la plage de
fonctionnement entre est entre 10 et 14 Ir .
•
Courbe type K : le disjoncteur type K possède les mêmes caractéristiques et la même plage de
réglage, ce qui le distingue des disjoncteurs courbe D ; c’est son déclenchement thermique plus
rapide.
•
Courbe type MA : Ce disjoncteur possède que, le déclencheur magnétique. Il est utilisé pour la
protection des moteurs contre les courts-circuits, il doit être associé à un dispositif de déclenchement
thermique. La plage de fonctionnement 12 𝐼𝑟
•
Courbe type Z : Ce type est utilisé pour la protection des composants électroniques. La plage de
fonctionnement est entre 2,4 et 3,6 𝐼𝑟 .
Remarque : Ces types de courbes sont valables pour les disjoncteurs dont les calibres ne dépassent pas
les 100A.
Figure 74 Courbes de déclenchement des disjoncteurs basse tension (Extrait document Schneider Electric)
59
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Figure 75 Références et calibres des disjoncteurs jusqu'à 125 A (Document Merlin Gerin)
60
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6.3.7 SELECTIVITE
La sélectivité, c’est le terme réservé principalement à la coordination des appareils de
protection de telle sorte que si un défaut se produit, il sera éliminé par le disjoncteur le plus proche
du point de défaut.
SELECTIVITE TOTALE
On dit que la sélectivité est totale, si la protection contre le court-circuit et les surcharges
sont assurés en garantissant que l’ouverture du dispositif de protection le plus proche du point
de défaut et que les autres disjoncteurs en aval restent fermés.
SELECTIVITE PARTIELLE
Dans ce cas, on détermine une certaine valeur du courant électrique limite de sélectivité,
au-delà la sélectivité n’est pas assurée (courant de surcharge par exemple).
6.3.8
DISPOSITIF DE PROTECTION A COURANT DIFFERENTIEL RESIDUEL (DDR)
Le disjoncteur différentiel résiduel (DDR), ce dispositif est indispensable pour la
protection des êtres vivants (les personnes et les animaux) contre les contacts directs et indirects
en basse tension ; également, il assure le bon fonctionnement, grâce à la stratégie de sélectivité
entre les dispositifs de protection.
CONSTITUTION
Un DDR est constitué de deux parties principales suivantes (figure 76 ) :
6.3.8.1.1 PARTIE DETECTION :
Constitué d’un tore ferromagnétique, sur celle-ci, sont enroulées trois bobines, la
première bobine et la deuxième bobine permettant le passage du courant dans la phase et le
neutre, ces deux bobines sont montées en inverse de telle façon que le flux résultant soit nul dans
l’état normal de fonctionnement, la troisième bobine a pour rôle de détecter le courant de fuite
en cas de défaut.
6.3.8.1.2 PARTIE DE MESURE ET CONDITIONNEMENT
Le signal électrique fourni par la bobine détectrice sera traité et conditionné
(redressement, filtrage, etc.) et comparé à une valeur de consigne, l’ordre de déclenchement sera
décidé après une temporisation spécifiée à l’appareil de coupure.
61
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Remarque : La différence entre un disjoncteur différentiel et interrupteur différentiel
réside que le disjoncteur différentiel en plus de la protection des personnes contre les défauts
d'isolement, il assure protection contre les surintensités.
6.3.9
SENSIBILITE DU DISPOSITIF DIFFERENTIEL
La sensibilité d’un différentiel, c’est la valeur du courant de fuite, pour laquelle le dispositif
se déclenche, les sensibilités les plus courantes sont 650 mA (moyenne sensibilité) et 30 mA (haute
sensibilité).
Figure 76 Principe du dispositif différentiel
62
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ÉLABORATION DES
SCHEMAS ELECTRIQUES
7.1
INTRODUCTION
Un schéma est une représentation explicative simplifiée d’un élément électrique, un
schéma doit être normalisé pour qu’il soit bien interprété sans ambiguïté. La C.I.E. propose les
symboles internationaux pour couvrir le domaine d’électrotechnique.
7.2
NORMALISATION
Une norme est un document source agréé par un organisme de normalisation reconnu
dans le domaine, soit une norme nationale tel que l’IANOR (Institut Algérien de Normalisation)
ou international comme la C.I.E., c’est l’accord entre l’ensemble des parties chercheur, ingénieurs
ou économistes spécialisés dans le domaine d’électricité. La norme permet la bonne collaboration
entre les partenaires (producteurs et consommateurs), et détermine les règles de sécurité et la
qualité d’un produit.
7.3
SYMBOLES DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES
Les symboles graphiques concernant les installations électriques, l’appareillage et les
dispositifs de protection sont harmonisés par la norme C.E.I., les symboles sont classés par
catégories :
•
Nature des courants et des conducteurs
•
Classe des contacts
•
Classe suivant le type de commande ou de mesure
•
La dernière classe représente le matériel électrique divers (éléments électriques,
signalisation, borne et connexion et machines électriques).
Dans ce qui suit, on représente ces symboles normalisés. Les figures sont extraites du
document télémécanique.
7.3.1
NATURE DES COURANTS
Cette classe symbolise graphiquement la nature de courant et les conducteurs par sa
représentation multifilaire et unifilaire.
63
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Figure 77Schématisation des courants et de conducteurs [Télémécanique]
7.3.2
CLASSE DES CONTACTS
Les contacts électriques se divisent en des contacts principaux destinés pour les circuits
de puissance (sectionnement, interruption, disjonction…) et des contacts auxiliaires consacrés
pour les circuits de commande. En outre, les contacts auxiliaires sont caractérisés aussi par la
durée d’action, soit instantanée, temporisée ou retardée. La symbolisation des contacts principaux
est toujours en traits gras par contre les contacts auxiliaires sont schématisés par des traits minces.
Un schéma se représente toujours à l’état de repos. En outre, le sens d’une action de fermeture
ou d’ouverture se représente dans le sens d’une aiguille d’une montre.
64
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Figure 78 Symbolisation normalisée des contacts [Télémécanique]
7.3.3
CLASSE SUIVANT LE TYPE DE COMMANDE OU DE MESURE
Les organes de commande sont généralement des organes électromagnétiques
schématisés sous forme de bobines ou des organes de mesure présentés comme étant des
capteurs d’une grandeur physique (température, pression, niveau…) transformé en un signal
électrique qui peut être traduit par une action sur le circuit de commande.
65
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Figure 79 Schématisation des organes de commande et de mesure [Télémécanique]
COMMANDE MECANIQUE
Dans un schéma électrique, on a besoin toujours de représenter une action mécanique,
les liaisons, présentation verrouillage, blocage accrochage etc.
66
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Les symboles des liaisons mécaniques sont généralement présentés par des traits pointés
pour ne pas confondre une liaison mécanique avec une liaison électrique. Les symboles adoptés
par la norme C.E.I. sont symbolisés comme le schématisent les figures suivantes :
Figure 80 Schématisation des commandes mécaniques [Télémécanique]
67
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7.3.4
MATERIEL ELECTRIQUE DIVERS
Le matériel électrique se diversifie, suivant leurs fonctionnalités, on rencontre plusieurs
composants électriques et électroniques, ces composants sont groupés dans les figures suivantes :
68
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Figure 81 Commande électrique et éléments divers [Télémécanique]
Figure 82 Symboles des transformateurs, démarreurs et divers actionneurs et capteurs [Télémécanique]
Figure 83 Schématisation de la signalisation, bornes et connexions [Télémécanique]
69
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7.3.5
MACHINES TOURNANTES
Les machines électriques sont constituées de deux organes, un élément tournant appelé
rotor, et le deuxième appelé stator. Chaque organe est doté d’une ou plusieurs bobines, la ou les
bobines créant le champ tournant appelées inducteurs et les bobines recevant le champ appelé
induit, ces bobines peuvent être placées indifféremment soit dans le stator ou dans le rotor tout
dépend de type de la machine.
On rencontre deux catégories, les machines à courant continu et les machines à courant
alternatif, dans chaque catégorie, on rencontre aussi d’autres types de machine, citons par
exemple :
•
Machine à courant continu : machine à excitation shunt, indépendante, série ou
composée.
•
Machine à courant alternatif : Machine synchrone et asynchrone mono ou
polyphasé.
Les symboles normalisés utilisés pour les machines sont les suivants :
Figure 84 Symboles de machines électriques tournantes [Télémécanique]
70
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7.4
EXEMPLE DE LECTURE DES SCHEMAS DE COMMANDE ET DE PUISSANCE
Le schéma ci-contre représente le schéma multifilaire d’un démarrage direct d’un moteur
triphasé un seul sens de rotation. Il est schématisé par trois schémas différents :
•
Schéma fonctionnel
•
Schéma unifilaire
•
Schéma multifilaire (circuit de puissance et circuit de commande).
Les éléments présentés sont :
1) Circuit de puissance
•
Q1 : Sectionneur porte-fusible triphasé.
•
KM1 : Contacteur
•
F2 : Relais thermique
•
Moteur triphasé
2) Circuit de commande
•
F1 : fusibles de protection
•
Contact de commande (95-96) du relais thermique
•
S3 : Bouton poussoir arrêt d’urgence
•
S1 : Bouton poussoir arrêt, S2 Bouton poussoir marche
•
Contact de maintien du contacteur KM1
•
Bobine A1-A2 du contacteur KM1.
(a) Schéma fonctionnel
(b) Schéma unifilaire
(c) Schéma mutifilaire
Figure 85 Différentes schématisations représentant un démarrage direct d'un moteur asynchrone triphasé
71
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DETERMINATION DE LA
SECTION MINIMALE DES
CONDUCTEURS
Le calcul pratique de la section d’un conducteur est une étape très importante pour le
dimensionnement d’une installation électrique. En effet, le mal dimensionnement va entraîner un
échauffement par effet joule ce qui peut engendrer un incendie et le surdimensionnement d’une
section entraîne des problèmes mécaniques dû à l’excès du poids et une perte sur le plan du coût
financier.
Une installation bien dimensionnée doit assurer l’acheminement du courant électrique
sans dépasser la chute de tension admissible et permet aux appareils de protection de rependre à
leurs rôles dans les bonnes conditions de fonctionnement.
Dans ce qui suit, on expose par étape le calcul de la section optimal d’un conducteur.
8.1
CALCUL DU COURANT D’EMPLOI :
Calcul du courant d’emploi 𝐼𝐵
𝐼𝐵 = 𝑎. 𝑏. 𝑐. 𝑑. 𝑒. 𝑃𝑛
Équation 11
𝐼𝐵 : Courant d’emploi en ampère
𝑃𝑛 : Puissance utile de la charge [kW]
Les facteurs 𝑎. 𝑏. 𝑐. 𝑑. 𝑒 sont des facteurs correcteurs du courant nominal.
8.1.1
DETERMINATION DU FACTEUR "𝑎"
Ce facteur correcteur est fonction du facteur de puissance 𝑐𝑜𝑠𝜑 de la charge et son rendement 𝜂
1
𝑎 = 𝜂.𝑐𝑜𝑠𝜑 ≥ 1
Équation 12
En l’absence d’information, l’UTE C 15-105 propose les données suivantes :
72
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Tableau 18 Facteurs de correction "a" pour l’éclairage (D'après Henri NEY T3)
Éclairage
Types de lampes
𝑐𝑜𝑠𝜑
1
𝜂
𝑎(∗)
Incandescence
1
1
1
Ballasts compensés
Ballasts non compensés
Vapeur de mercure à lumière mixte
≈1
1
Vapeur de sodium à base pression 18 à 180w
0.85
1.25 à 1.4
Iodures métalliques :
220V – 230V à 1000W
0.6
1.05 à 1.1
380 V – 2000 W
0.6
1.1
Fluorescence (tubes) :
À starter : 18W à 65W
0.5
1.2 à 1.6.
Rapide 20W à 65 W
0.5
1.25 à 1.85
Instantané
0.5
1.35 à 1.55
Vapeur de mercure – ballons fluorescents :
220 V 50W à 1000 W
0.5
1.05 à 1.15
Vapeur de sodium haute pression :
70W à 1000W
0.4
1.1
Iodures métalliques :
220V – 230V à 1000W
0.85
1.05 à 1.1
380 V – 2000 W
0.85
1.1
Fluorescence (tubes) :
À starter : 18W à 65W
.085
1.2 à 1.6.
Rapide 20W à 65 W
1.25 à 1.85
.085
Instantané
1.35 à 1.55
.085
Vapeur de mercure – ballons fluorescents :
220 V 50W à 1000 W
0.85
1.05 à 1.15
Vapeur de sodium haute pression :
70W à 1000W
0.85
1.1
1.4
1.6
3.5
3.5
2.4 à 3.2
2.5 à 3.7
2.7 à 3.1
4
4.2
2.4
2.4
1.4 à 1.9
1.5 à 2.2
1.6 à 1.9
2.5
2
* la valeur de "𝑎" est majorée pour tenir compte des pics de courant à la mise sous tension.
Pour le chauffage par résistance 𝑎 = 1.
Tableau 19 Facteurs de correction "𝒂" pour les moteurs (D'après Henri NEY T3)
Moteurs
Puissance des moteurs
𝑐𝑜𝑠𝜑
𝜂
𝑎
Jusqu’à 600 W
0.5
-
2
De 1 à 3 kW environ
0.7
0.7
2
De 4 à 40 kW environ
0.8
0.8
1.5
Plus de 50 kW
0.9
0.9
1.2
8.1.2
DETERMINATION DU FACTEUR D’UTILISATION "𝑏"
L’appareillage dans une installation électrique ne fonctionne pas toujours en permanence,
pour cette raison, on fait cette correction pour tenir compte de la cadence d’utilisation ce facteur
est inférieur ou égale à 1.
73
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Tableau 20 Facteur d’utilisation "𝒃" en cas d'absence d'information
𝐛
1
0.3<b<0.9
0.75
Appareil
Éclairage et chauffage
Installation industrielle
Pas d’information
8.1.3
DETERMINATION DE SIMULTANEITE "𝑐"
Généralement, les récepteurs électriques ne fonctionnent pas au même temps, un facteur
correcteur a pour but de minorer la valeur du courant. En l’absence de données précises, les
valeurs de ce facteur peuvent être admises.
Tableau 21 Facteur de simultanéité "𝒄 « proposé par la norme
Facteur de simultanéité 𝒄
1
1
0.1 + (0.9/n)
1
0.75
0.60
Utilisation
Éclairage
Chauffage et conditionnement d’air
Prise de courant (n : nombre de prises)
Ascenseurs * et monteMoteur le plus puissant
charge
Moteur suivant
Les autres
* pour tenir compte des courants de démarrage, le courant nominal est majoré de 1/3.
Pour les armoires électriques le facteur 𝑐 peut prendre les valeurs suivantes :
Tableau 22 Valeurs acquise de facteur de simultanéité ‘c’
Facteurs de simultanéité
𝒄
0.9
0.8
0.7
0.6
Nombre de circuits de courants nominaux voisins
2à3
4à5
5à9
10 et plus
8.1.4
DETERMINATION DU FACTEUR D’EXTENSION 𝑑
Ce facteur prend en considération les extensions possibles de l’installation électrique.
Tableau 23 Facteur d'extension
Facteur d’extension "𝒅"
1
1.2
Installation
Cas général
Industrielle
8.1.5
DETERMINATION DU FACTEUR DE CONVERSION PUISSANCE/INTENSITE "𝑒"
Ce facteur a pour but de convertir la puissance active en kW à des courants en « A ».
𝑒=
1000
𝑒=
1000
𝑉
√3.𝑈
En monophasé
Équation 13
En triphasé
Équation 14
74
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8.2
Tension
Facteur de conversion
Tension
Facteur de conversion
127
7.87
220
2.62
220
4.55
230
2.51
230
4.35
380
1.52
240
4.17
400
1.44
Triphasé
Monophasé
Tableau 24 Facteur de conversion "e"
CALCUL DU COURANT ADMISSIBLE
Le courant admissible est le courant supporté par la canalisation, la valeur minimale est
calculée par :
𝐼
𝐼𝑧 = 𝑓𝐵 avec 𝑓 = 𝑓1 . 𝑓2 . 𝑓3
Équation 15
𝐼𝐵 : Courant d’emploi, 𝐼𝑧 : Courant admissible, courant supporté par la canalisation
𝑓1 : Facteur correcteur en tenant compte de la température,
𝑓2 : Correction en fonction du groupement des circuits et des câbles,
𝑓3 : Correction suivant le mode de pose.
8.2.1
DETERMINATION DES FACTEURS CORRECTEURS DU COURANT ADMISSIBLE
La norme UTE C 15-105 Juillet 2003 décrit la méthode de la détermination du mode de
pose symbolisé par des lettres majuscule B, C, D, E ou F (tableau 26 ,ci-dessous).
Tableau 25 Modes de pose des câbles (selon NF C 15-100)
Exemple
Mode de
Pose
Description
Conducteurs isolés dans des conduits noyés dans les parois thermiquement
isolantes.
Câbles multiconducteurs dans des conduits noyés dans des parois
thermiquement isolantes.
Conducteurs isolés dans des conduits en montage apparent.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits en montage apparent.
Conducteurs isolés dans des conduits-profilés en montage apparent.
B
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits-profilés en montage
apparent.
Conducteurs isolés dans des conduits noyés dans une paroi.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits noyés dans une paroi.
75
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Conducteurs isolés dans des plaintes ou des moulures en bois.
Conducteurs isolés dans des conduits ou câbles multiconducteurs dans des
chambranles.
Conducteurs isolés dans des conduits ou câbles multiconducteurs dans des
huisseries de fenêtre.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des vides de construction.
Conducteurs isolés dans des conduits dans des vides de construction.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits dans des vides de
construction.
Conducteurs isolés dans des conduits-profilés dans des vides de
construction.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits-profilés dans des vides
de construction.
Conducteurs isolés dans des conduits-profilés noyés dans la construction.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits-profilés noyés dans la
construction.
Conducteurs isolés ou câbles mono ou multiconducteurs dans des goulottes
fixées aux parois.
• En parcours horizontal,
• En parcours vertical.
Conducteurs isolés dans des goulottes encastrées dans des parois ou
planchers.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des goulottes encastrées dans des
parois ou planchers.
Conducteurs isolés dans des goulottes suspendues.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des goulottes suspendues.
Conducteurs isolés dans des conduits ou câbles mono ou multiconducteurs
dans des caniveaux fermés, en parcours horizontal ou vertical.
Conducteurs isolés dans des conduits dans des caniveaux ventilés.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des caniveaux ouverts ou ventilés.
Câbles mono ou multiconducteurs :
•
Dans l'espace entre plafond et faux plafond, posés sur des faux
plafonds suspendus non démontables.
76
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Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Câbles mono ou multiconducteurs avec ou sans armure :
•
•
Fixés à un plafond,
Fixés sur un mur,
Câbles mono ou multiconducteurs avec ou sans armure :
•
C
Sur des chemins de câbles ou tablettes non perforés,
Conducteurs nus ou isolés sur isolateurs.
Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits, des fourreaux ou des
conduits-profilés enterrés.
Câbles mono ou multiconducteurs enterrés sans protection mécanique
complémentaire.
D
Câbles mono ou multiconducteurs enterrés avec protection mécanique
complémentaire.
Câbles mono ou multiconducteurs avec ou sans armure :
•
•
Sur des chemins de câbles ou tablettes perforés, en parcours
horizontal ou vertical,
Sur des treillis soudés ou sur des corbeaux,
E, F
Un chemin de câbles avec couvercle est considéré comme une goulotte
Câbles mono ou multiconducteurs suspendus à un câble porteur ou
autoporteurs.
77
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 26 Lettre de sélection suivant le mode de pose
Type de
conducteurs
Mode de pose
•
•
Conducteurs et
câbles
multiconducteurs
Câble mono. ou
multiconducteurs
Câbles
multiconducteurs
Câbles monoconducteurs
8.2.2
•
•
Lettre de
sélection
Sous conduit, profilé ou goulotte, en apparent ou encastré.
Sous vide de construction, faux plafond.
• Sous caniveau, moulure, plinthes, chambranles.
Câbles dans des conduits encastrés directement dans des
matériaux thermiques isolants.
Conduits encastrés dans des matériaux thermiques isolants
- En apparent contre mur et plafond.
- Sur chemin de câble ou tablettes
non perforées.
- Encastrés, avec ou sans protection
mécanique.
- Sur échelles, corbeau, chemin de
câbles perforés.
- Fixés en apparent, espacés de la
paroi.
- Câbles suspendus
- Sur échelles, corbeau, chemin de
câbles perforés.
- Fixés en apparent, espacés de la
paroi.
- Câbles suspendus
B
C
D
E
F
FACTEUR CORRECTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE "𝑓1 "
Pour un câble suspendu à l’air libre une correction est nécessaire pour les températures
différentes de 30 °C.
Tableau 27 Facteur de correction température ambiante 𝒇𝟏
Température
ambiante °C
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Isolation
Caoutchouc
1.29
1.22
1.15
1.07
1.00
0.93
0.82
0.71
0.58
PVC
1.22
1.17
1.12
1.06
1.00
0.94
0.87
0.79
0.71
0.61
0.50
78
PR / EPR
1.15
1.12
1.08
1.04
1.00
0.96
0.91
0.87
0.82
0.76
0.71
0.65
0.58
0.50
0.41
Pas de correction
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Le courant admissible des câbles enterrés est défini pour une température dans le sol de
20 °C. Pour les autres températures, les facteurs de correction sont indiqués dans le tableau pour
des isolants en PVC, en EPR et XLPE.
Tableau 28 Facteurs de correction pour des températures du sol différentes de 20 °C
Température du sol °C
T
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
8.2.3
Isolation
PVC
1.10
1.05
1
0.95
0.89
0.84
0.77
0.71
0.63
0.55
0.45
PR / EPR et XLPE
1.07
1.04
1
0.96
0.93
0.89
0.85
0.80
0.76
0.71
0.65
0.60
0.53
0.46
0.38
Pas de correction
CORRECTION DUE AU GROUPEMENT DES CIRCUITS ET DES CABLES
La norme C.E.I.60364-5-52 propose les valeurs du facteur de correction pour le
groupement de plusieurs circuits ou de plusieurs câbles multiconducteurs. Le tableau 29 présente
les valeurs du facteur de correction pour différentes configurations des câbles ou conducteurs
non enterrés, pour des groupements en plusieurs circuits.
Tableau 29 Facteur de groupement
Lettre
de
sélectio
n
Facteur de correction dû au groupement
Disposition des
câbles jointifs
1
2
Nombre de circuits ou de câbles multiconducteurs
3
4
5
6
7
8
9
12
Encastrés ou noyés
B, C, F
1.00 0.80 0.70 0.65 0.60 0.55 0.55 0.50 0.50
dans les parois
Simple couche sur les
murs ou les planches
1.00 .085 0.79 0.75 0.73 0.72 0.72 0.71 0.70
ou tablette non
C
perforées
Simple couche au
1.00 0.85 0.76 0.72 0.69 0.67 0.66 0.65 0.64
plafond
Simple couche sur
des tablettes
horizontales
1.00 0.88 0.82 0.77 0.75 0.73 0.73 0.72 0.72
perforées ou sue des
E, F
tablettes verticales
Simple couche sur
échelles à câbles,
1.00 0.88 0.82 0.80 0.80 0.79 0.79 0.78 0.78
corbeaux, etc…
Lorsque les câbles sont disposés en plusieurs couches, appliquer en plus un facteur de correction de :
• 0.80 pour deux couches
• 0.73 pour trois couches
• 0.70 pour quatre ou cinq couches.
79
0.45
16
20
0.40
0.40
Pas de réduction
supplémentaire
pour plus de 9
câbles
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8.2.4
MODE DE POSE
Suivant le mode de pose un facteur minore l’intensité de courant, ce facteur 𝑓3 est donné
par le tableau 30. La figure 86 donne un exemple 1 :
Détermination du nombre de circuits :
1- Circuit d’un câble triphasé
2- Circuit
constitué
de
trois
câbles
unipolaires
3- Circuit composé de six câbles unipolaires,
ce qui est équivalent à deux circuits
Figure 86 Exemple 1 Détermination du nombre de
circuit
triphasés.
4- Le câble en étude.
Ce circuit est équivalent à cinq groupements
triphasés.
Exemple 2 : Le nombre total de circuits est égal à : 4
(nombre de câbles unipolaires en parallèle)
Figure 87 Exemple 2 de calcul de nombre de circuit
(Document UTE C 15-105)
+ 3 (nombre de circuits restant) = 7 circuits
Tableau 30 Facteur correcteur suivant le mode de pose "𝒇𝟑 "
Lettre de sélection
B
C
D
B, C, E, F
8.3
Type d’installation
Câbles dans des produits encastrés directement dans des matériaux
thermiquement isolants
Conduits encastrés dans des matériaux thermiquement isolants
Câbles multiconducteurs
Vides de construction et caniveaux
Pose sous plafond
Câble mono-conducteur ou multi conducteurs enterrés avec ou sans
protection mécanique complémentaire.
Autres cas
𝒇𝟑
0.70
0.77
0.90
0.95
0.95
0.80
1.00
CHOIX DU DISPOSITIF DE PROTECTION
Le dispositif de protection doit assurer la protection totale du câble, la protection est faite
soit par un fusible ou un disjoncteur. Ce qui nécessite une bonne coordination entre le câble et le
dispositif de protection choisie.
8.3.1
COORDINATION ENTRE LES SECTIONS DES CONDUCT EURS ET LES
DISPOSITIFS DE PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES
Après détermination du courant d’emploi et le courant admissible, il faut que le dispositif
choisi pour la protection de la canalisation doive être en concordance, de façon qu’il interrompe
le courant de surcharge dès que les contraintes thermiques admissibles sont atteintes. En outre,
80
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pour le courant assigné et le courant de fonctionnement du dispositif de protection. Pour les
surcharges, il faut que le dispositif de protection assure les conditions citées dans le tableau 31.
On note : 𝐼𝑛 : Courant assigné du dispositif de protection.
𝐼2 : Courant de fonctionnement du dispositif de protection dans le temps conventionnel.
𝐼
𝑘2 = 𝐼2 : Rapport entre le courant 𝐼2 et 𝐼𝑛 .
𝑛
𝐼2
𝑘2
𝑘3 =
=
1.45 ∗ 𝐼𝑛 1.45
Tableau 31 Coordination du dispositif de protection avec la section UTE C 15-105
Protection
par :
𝒌𝟑
Conditions
𝐼𝐵 ≤ 𝐼𝑛 ≤ 𝐼𝑧
𝐼
𝐼2 ≤ 1.45 ∗ 𝐼𝑧 ou 𝑘3 ≥ 𝑧
Fusible gG
𝐼𝑛
𝐼𝑛 ≤ 10𝐴
1.31
10𝐴 < 𝐼𝑛 ≤ 25𝐴
1.21
𝐼𝑛 > 25𝐴
1.10
𝐼𝐵 ≤ 𝐼𝑛 ≤ 𝐼𝑧
Disjoncteur
1 (NF C 61410)
Ce qui donne pour les fusibles gG :
Tableau 32 Courant assigné des cartouches gG
𝑰𝒏 (𝑨)
10
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
𝒌𝟑 𝑰 𝒏
13.1
19.4
24.2
30.3
35.2
44
55
69.3
88
110
138
𝑰𝒏 (𝑨)
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
𝒌𝟑 𝑰 𝒏
176
220
275
347
440
550
693
880
1100
1375
Pour les canalisations protégées contre les surcharges par les petits disjoncteurs, on prend
𝑘3 𝐼𝑛 ≅ 𝐼𝑛 et pour les disjoncteurs réglables ont admis que 𝑘3 𝐼𝑛 ≅ 𝐼𝑟 .
Figure 88 Emplacement des différents courants récepteurs, canalisation et protection [Source : Schneider]
81
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8.4
CHOIX DE LA SECTION DU CONDUCTEUR
Les sections des conducteurs en fonction du courant admissible pour les modes de pose
B, C, D, E et F.
Tableau 33 Section des conducteurs en fonction du courant admissible pour les modes de pose B, C, E, E et F
Mode de Pose
B
C
E
F
PVC3
1
15.5
21
28
36
50
68
89
110
134
171
207
239
1
39
53
70
86
104
133
161
186
PVC2
PVC3
2
17.5
24
32
41
57
76
96
119
144
184
223
259
299
341
403
464
2
44
59
73
90
110
140
170
197
227
259
305
351
Cuivre
PR3
PR2
PVC2 PR3
PR2
PVC3
PVC2 PR3
PR2
PVC3
PVC2 PR3
Nombre de conducteurs chargés
3
4
5
6
7
8
18.5
19.5
22
23
24
26
25
27
30
31
33
36
34
36
40
42
45
49
43
48
51
54
58
63
60
63
70
75
80
86
80
85
94
100
107
115
101
112
119
127
138
149
126
138
147
158
169
185
153
168
179
192
207
225
196
213
229
246
268
289
238
258
278
298
328
352
276
299
322
346
382
410
319
344
371
3965
441
473
364
392
424
450
506
542
430
461
500
538
599
641
497
530
576
621
693
741
656
754
825
749
868
946
855
1005
1088
Aluminium
Nombre de conducteurs chargés
3
4
5
6
7
8
46
49
54
58
62
67
61
66
73
77
84
91
78
83
90
97
101
108
96
103
112
120
126
135
117
125
136
146
154
164
150
160
174
187
198
211
183
195
211
227
241
257
212
226
245
263
280
300
245
261
283
304
324
346
280
298
323
347
371
397
330
352
382
409
439
470
381
406
440
471
508
543
526
600
663
610
694
770
711
808
899
PR2
9
161
200
242
310
377
437
504
575
679
783
940
1083
1254
9
121
150
184
237
289
337
389
447
530
613
740
856
996
S(mm2)
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
630
S (mm2)
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
630
PR2 : Polyéthylène réticulé pour deux conducteurs, PVC2 : Polychlorure de vinyle pour deux conducteurs,
PR3 : Polyéthylène réticulé pour trois conducteurs, PVC3 : Polychlorure de vinyle pour trois conducteurs.
82
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Pour les canalisations enterrées (mode de pose D) les sections sont les suivantes.
Tableau 34 Section des conducteurs enterrés
PVC3
26
PVC2
32
Cuivre
PR3
31
PR2
37
S (mm2)
1.5
34
44
42
54
41
53
48
63
2.5
4
56
74
67
90
66
87
80
104
6
10
96
116
113
136
16
123
148
144
173
25
147
174
178
211
174
206
208
247
35
50
216
261
254
304
70
256
308
301
360
95
290
351
343
410
120
328
297
387
463
150
367
445
434
518
185
424
514
501
598
240
480
581
565
677
300
Aluminium
8.4.1
57
68
67
80
10
74
88
87
104
16
94
114
111
133
25
114
137
134
160
35
134
161
160
188
50
167
200
197
233
70
197
237
234
275
95
224
270
266
314
120
254
304
300
359
150
285
343
337
398
185
328
396
388
458
240
371
447
440
520
300
SECTION DU NEUTRE ET DU CONDUCTEUR DE PROTECTION
Le tableau suivant expose la correspondance entre le conducteur de phase et le courant
du neutre pour le même matériau.
Tableau 35 Conducteurs de la phase et du conducteur du neutre
S-ph conducteurs de
phase en mm2
S<25
35
50
70
95
120
150
(25 conducteur en
(25 conducteur en
Cu)
Cu)
S
35 50 70
70
(35 conducteur
(35 conducteur en
en Al)
Al)
En cas du choix du conducteur de protection la section S_ Protection=S_ph/2
S-neutre minimale du
neutre en mm2
83
185
240
300
95
120
150
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8.5
CONTROLE DE LA CHUTE DE TENSION
La chute de tension dans la canalisation peut être calculée soit par la formule de la chute
de tension ou en utilisant des tableaux livrés par les constructeurs des câbles.
8.5.1
VERIFICATION DE LA CHUTE DE TENSION PAR LE CALCUL
La chute de tension entre la source et la charge ne doit pas être supérieure à des valeurs
permises, on peut calculer la chute de tension par la relation suivante :
𝑙
∆𝑢 = 2 (𝜌 𝑠 𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝛿𝑙𝑠𝑖𝑛𝜑) 𝐼𝐵 𝑒𝑛 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑝ℎ𝑎𝑠é
𝑙
∆𝑢 = (𝜌 𝑠 𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝛿𝑙𝑠𝑖𝑛𝜑) 𝐼𝐵 𝑒𝑛 𝑡𝑟𝑖𝑝ℎ𝑎𝑠é
Équation 16
Équation 17
Avec :
𝑙
𝑅 = 𝜌 𝑠 ,𝑋 = 𝐿𝜔 = 𝛿𝑙.
𝜌 : Résistivité des conducteurs en [Ω mm2/m] (0.0225 pour le cuivre et 0.036 pour
l’aluminium).
𝛿 : Réactance linéique des conducteurs, valeur moyenne 0.08*10-3 Ω /m.
𝑙 : Longueur du conducteur en [m].
𝐼𝐵 : Courant d’emploi [A].
∆𝑢 : Chute de tension en [V].
Figure 89 Diagramme vectoriel représentant la chute de tension approximative
Généralement, la chute de tension est représentée par sa valeur relative exprimée en
pourcent.
∆𝑢
∆𝑢% = 100 𝑉
Équation 18
84
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𝑉 : C’est la tension simple en [V].
Si en néglige la partie inductive du conducteur, on suppose que (𝑐𝑜𝑠𝜑 = 1), la chute de
tension relative peut réécrite comme suite :
Formule simplifiée :
𝑙
𝐼
𝑙
𝐼
∆𝑢% = 200 (𝜌 𝑠) 𝑉𝐵 𝑒𝑛 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑝ℎ𝑎𝑠é
Équation 19
∆𝑢% = 100 (𝜌 𝑠) 𝑉𝐵 𝑒𝑛 𝑡𝑟𝑖𝑝ℎ𝑎𝑠é
Équation 20
Exemple1 : un câble triphasé de longueur 100 m, transportant un courant 100A. Pour
une tension 220/380V, 𝑐𝑜𝑠𝜑=0.80AR, la section du câble 25mm2.
100
∆𝑢 = (0.0225 25 0.8 + 0.08 × 10−3 × 100 × 0.6) 102 = 7.68V, ∆𝑢% =
7.68
100 220 = 3.49 % (Cette valeur est permise pour autre usage et non pas pour l’éclairage).
Le tableau suivant expose les chutes de tension permises dans les installations :
Tableau 36 Chutes de tension permises dans les installations
Caractéristiques
Éclairage
Autre usage
Installation basse tension
3%
5%
Poste de transformation
6%
8%
Lorsque la conduite principale est supérieure à 100 mètres, la chute de tension est majorée de 0,005%
pour chaque mètre dépassant les 100 mètres, sans que cette majoration dépasse les 0,5%.
8.5.2
DETERMINATION DE LA CHUTE DE TENSION PAR LES TABLEAUX
Les firmes qui construisent les câbles proposent soit des abaques ou des tableaux
permettant de déterminer la chute de tension.
85
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 37 Chute de tension dans 100m de câble en 400V triphasé (%) pour 𝒄𝒐𝒔𝝋 =0.85
Tableau 38 Chute de tension dans 100m de câble en 400V triphasé (%) pour 𝒄𝒐𝒔𝝋 =1
8.6
VERIFICATION DE LA PROTECTION CONTRE LE COURT -CIRCUIT
En cas de court-circuit, le dispositif de protection garantit la sécurité pour une longueur
maximale de la canalisation suivant le dispositif de protection.
8.6.1
PROTECTION DES CANALISATIONS PAR FUSIBLES
Protection par fusibles pour un système triphasé sans neutre distribué, sous tension 400V.
86
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 39 Longueur protégée en m en fonction de la section de conducteur et le calibre du fusible gG
Section nominale
des conducteurs
(mm2) cuivre
Calibre du fusible gG en (A)
16
1.5
20
25
134
110
183
32
40
50
63
139
214
108
165
275
139
226
9
172
283
80
100
130
217
336
9
168
257
367
125
160
200
155
220
299
441
118
172
229
336
472
250
9
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
128
197
283
379
134
179
268
367
462
483
Circuit monophasé 230V ou triphasé 230/400Vavec neutre distribué pour les conducteurs phases
et neutre même section.
Exemple1 : Un fusible gG80 protège une canalisation de section 25 mm2 jusqu’à une
portée de 336m.
Tableau 40 Circuit monophasé ou triphasé avec neutre distribué S-neutre=S-phase
Section nominale des
conducteurs (mm2)
cuivre
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
Calibre du fusible gG en (A)
16
5
20
25
78
64
106
32
40
50
63
124
96
160
81
131
5
100
164
80
100
75
126
195
5
97
149
213
125
160
74
114
164
220
1
90
128
173
256
200
68
100
133
195
274
250
78
104
155
213
268
280
Circuit monophasé 230 V ou triphasé 230 V/400 V avec neutre distribué pour les
conducteurs la section du neutre est la moitié de la section de la phase.
Exemple 2 : Pour les mêmes données de l’exemple précèdent, la portée est de 213m
seulement.
87
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 41 Circuit monophasé ou triphasé avec neutre distribué S-neutre=(½)*S-phase
Section nominale
des conducteurs
(mm2) cuivre
16
1.5
7
Calibre du fusible gG en (A)
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
8.6.2
20
25
103
85
141
32
40
50
63
107
165
83
127
212
107
174
7
132
218
80
100
100
167
259
7
129
198
283
125
99
152
218
292
160
200
119
169
230
340
91
132
176
259
363
250
103
138
206
283
356
372
PROTECTION DES CANALISATIONS PAR DISJONCTEURS
Les déclencheurs des disjoncteurs sont de plusieurs types (paragraphe 6.3.6 page 58)
suivant le type de la charge à protéger. Les tableaux suivants donnent les longueurs maximales
protégées par le disjoncteur.
Tableau 42 Longueur maximale protégée en [m] par disjoncteur de type B
Courant assigné des disjoncteurs type B
Section nominale des conducteurs
(mm2) cuivre
6
296
494
790
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
10
178
296
474
711
13
137
228
385
547
912
16
111
185
296
444
741
20
89
148
237
356
593
948
25
71
119
190
284
474
759
32
56
93
148
222
370
593
926
40
44
74
119
178
296
474
741
50
36
59
95
142
237
379
593
830
63
28
47
75
113
188
301
470
658
894
80
22
37
59
89
148
237
370
519
704
110
18
30
47
71
119
190
296
415
563
125
14
24
38
57
95
152
237
331
450
Tableau 43 Longueur maximale protégée en [m] par disjoncteur de type C
Section
nominale
des
conducteurs
(mm2) cuivre
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
Courant assigné des disjoncteurs type C
6
10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
110
125
148
247
395
593
988
89
148
237
356
593
948
68
114
182
274
456
729
56
93
148
222
370
593
926
44
74
119
178
296
474
741
36
59
95
142
237
379
593
830
28
46
74
111
185
295
463
648
880
22
37
59
89
148
237
370
519
704
18
30
47
71
119
190
296
415
563
14
24
38
56
94
150
235
329
446
11
19
30
44
74
119
185
259
351
9
15
24
36
59
95
148
207
281
7
12
19
28
47
76
119
166
225
88
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 44 Longueur maximale protégée en [m] par disjoncteur de type D
Section
nominale
des
conducteurs
(mm2)
cuivre
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
Courant assigné des disjoncteurs type D
6
10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
110
125
74
123
198
296
494
790
44
74
119
178
296
474
741
34
57
91
137
228
365
570
798
28
46
47
111
185
296
463
648
880
22
37
79
89
148
237
730
519
704
18
30
47
71
119
190
296
415
563
14
23
37
56
93
148
231
324
440
11
19
30
44
74
119
185
259
351
9
15
24
36
59
95
148
207
281
7
12
19
28
47
75
118
165
223
6
9
15
22
37
59
93
113
176
4
7
12
18
30
47
74
104
141
3
6
9
14
24
38
59
83
113
Remarque : Ne pas confondre les lettres des courbes des disjoncteurs avec les lettres de mode de pose.
8.7
RESUME DES ETAPES A SUIVRE POUR LA DETERMINATION DE SECTION DU
CONDUCTEUR
Les étapes à suivre sont récapitulées dans l’organigramme suivant :
1. Lire les données de l’installation (tension, fréquence, système monophasé ou triphasé, mode
de pose, type de protection ou longueur de la canalisation, etc.).
2. Calcul du courant d’emploi 𝐼𝐵 .
•
•
3.
Utilisation de l’équation 11 page72.
Détermination des facteurs 𝑎. 𝑏. 𝑐. 𝑑. 𝑒 (tableau 18, tableau 19, tableau 20, tableau 21,
tableau 22, tableau 23 et tableau 24).
Calcul du courant admissible :
•
Détermination du type de pose B, C, D ou F (tableau 25).
•
Détermination des facteurs 𝑓1 , 𝑓2 , 𝑓3 (tableau 27 ou tableau 28, tableau 29 et tableau 30).
4. Calcul du courant admissible 𝐼𝑧
•
Correction du courant 𝐼𝑧 suivant de dispositif de protection par fusible ou par
disjoncteur, voir tableau 31 et tableau 32.
5. Détermination de la section
Suivant le courant admissible, le nombre de conducteurs, le conducteur en cuivre ou en
aluminium et le type d’isolant utilisant le tableau 33 pour déterminer la section du conducteur.
Dans cette phase, on détermine aussi la section du neutre et du conducteur de protection s’il aura
lieu.
6. Contrôle
89
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
❖ La vérification, si la chute de tension dans la canalisation est-elle acceptable, sois
par le calcul (équation16 ou 18, 19 ou 20 ou la formule simplifiée) ou à partir des
tableaux (tableau 37, tableau 38 ).
Utiliser le tableau 36 pour la vérification.
❖ Vérification de la protection de la canalisation contre le courant de court-circuit
si elle est assurée ou non.
Suivant le dispositif de protection fusible ou disjoncteur, et suivant la longueur de la ligne,
utiliser les tableaux correspondant suivant le cas (tableau 39,40 et 41).
8.8
NOMENCLATURE DES CABLES
Le système de dénomination établi par le Comité Européen de Normalisation de
l’Électrotechnique (CNELEC), c’est un système qui harmonise et fusionne plusieurs normes de
différents pays pour la rendre commune.
Ce système présente trois parties pour la nomenclature des câbles, la liste est présentée
pat le tableau suivant :
90
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 45 Symboles utilisés par le CNELEC
Désignation
1
Type de câble
2
Tension
Patrie 3
Partie 2
Partie 1
N°
3
Isolant
4
Revêtements
intérieurs
5
Gaine
6
Forme
7
Âme
8
Nombre de
conducteurs
9
Fil (Vert/jaune)
10
Section
Signification
H : Harmonisé
A Type national reconnu
N : Type national non reconnu
Tension nominale maximale en V, Phase-Terre /Phase-Phase
00 :<100/100
05 : 300/500
01 : ≥100/100, <300/300
07 : 450/750
03 : 300/300
R: Caoutchouc
S: Caoutchouc silicone.
V : PVC
X : Polyéthylène réticulé.
Pas encore harmonisé
1 : 600/1000
J : Tresse fibre de verre
N : Polychloroprène
R : Caoutchouc
T : Tresse textile
V : Polychlorure de vinyle
Rien Câble rond
Câble méplat avec conducteur :
H : séparables
H2 : non séparables
F : Souple classe 5
H : Souple classe 6
K : Souple en cuivre
R : Multibrin rigide en cuivre
S : Rigide, câblée, section sectorale
U : Rigide en cuivre
W : Rigide, massive, section sectorale
Y : Fil rosette
N : nombre de conducteurs
X : Absence de fil de terre (Vert/jaune)
G : Existence de fil de terre
Section nominale S de l’âme conductrice (mm2)
Exemple1 : Câble H 05 RN-F 2G6 – Système harmonisé, tension Ph-Tr=330V et Ph-Ph=500V, isolant
en caoutchouc, gaine : Polychloroprène, âme : Souple classe 5, 2 conducteurs, avec un conducteur V/J,
la section est 6mm.
91
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
TRAVAUX DIRIGES
EXERCICE N° 01
Que représentent les intensités de courant dans les cas suivants :
a) Contact entre une phase et terre
b) Un moteur dans le cas de démarrage
c) Fonctionnement en demi-charge d’un
générateur.
d) Manque de phase lors d’une alimentation
triphasée d’un moteur triphasé
e) Moteur absorbant un courant égal à
1.2 de son courant nominal.
f) Manque de phase lors d’une alimentation
triphasée d’une résistance triphasée.
Solution :
a) Courant de court-circuit
c) Demi-charge
e) Surcharge
b) Court-circuit
d) Surcharge ente les deux phases restantes
f) Charge normale pour les deux phases, mais le
fonctionnement est en déséquilibre
EXERCICE N°02
Donner la classe du matériel électrique suivant :
a)
c)
e)
g)
Machine à laver
Four électrique de cuisine
Rasoir électrique
Poste radio
b) Brosse à dent électrique
d) Lampes de chevet
f) Chargeur d’un téléphone portable
h) Anciens interrupteurs à capot métallique
Solution
a)
c)
e)
g)
I
I
III
II
b) III
d) II
f) II
h) 0
EXERCICE N°03
Le sectionnement, concerne la tension ou le courant ?
Solution :
Le sectionnement concerne directement la tension, l’interruption du courant n'est pas suffisante sauf
indication (par exemple interrupteur-sectionneur).
92
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
EXERCICE N°04
Classer l’appareillage électrique suivant sa fonction (Disjoncteur domestique, Interrupteur,
interrupteur-sectionneur, contacteur, temporisateur, coupe-circuit à fusible, sectionneur,
relais, minuterie, télérupteur, Thyristor, Disjoncteur industriel).
Solution :
S
CF CU
S
Disjoncteur Domestique
Oui Oui
Coupe-circuit à fusible
Oui
Interrupteur
Oui Oui
Sectionneur
Oui
Interrupteur-sectionneur
Oui Oui Oui
Relais
Contacteur
Oui Oui
Minuterie
Temporisateur
Oui
Télérupteur
Thyristor
Oui
Disjoncteur industriel
S : sectionnement CF : commande fonctionnelle CU : Coupure d’urgence
CF
CU
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
EXERCICE N°05
Un câble monophasé en PVC (phase neutre) de longueur 100 m est utilisé pour alimenter
un moteur de puissance 5kW de rendement 0.75 et un facteur de puissance 0.85, alimenté
sous une tension monophasée 240 V.
1) Calculer les courants qui circulent dans le câble et déterminer les sens des courants
2) Calculer l’effort dynamique entre la phase et le neutre sachant que la distance entre les deux
conducteurs est 0.5 cm, en supposant que les deux conducteurs sont parfaitement parallèles.
Solution
I=32.68A
Les deux courants sont opposés
F1-2=F2-1=4.3 N
EXERCICE N°06
Classer par ordre croissant les rigidités diélectriques des éléments suivantes :
a) L’air (1 atmosphère) b) SF6 (3 atmosphères) c) SF6 (1 atmosphère) d) l’air comprimé (à 3 bars).
Solution :
a→c→d→b
EXERCICE N°07
Citer les inconvenants d’un arc électrique pour l’appareillage électrique et les quelques
avantages, l’utilisation d’un arc électrique dans l’industrie.
Solution :
Inconvénient : échauffement de l’appareil, usure de surface du contact, risque d’explosion, demande des
dispositions pour son élimination.
Avantage industriel (utilisation) : La soudure, Métallurgie (four à arc électrique), Allumage bougie
(moteurs à essence), lumière (lampe à arc)
93
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
EXERCICE N°08
Partant de l’équation de l’arc électrique (𝑈𝑎 = 𝑎 + 𝑏𝑋), citer quel paramètre (𝑎, 𝑏 ou 𝑋)
intervient pour les techniques suivantes :
Soufflage magnétique, fractionnement d’arc, coupure dans le SF6, Soufflage naturel, Étouffement d’arc
par du sable de silice.
Solution
Soufflage magnétique
X
Fractionnement d’arc
a
Coupure dans le SF6
b
Soufflage naturel
X
Étouffement d’arc par du sable de silice
b
EXERCICE N°09
Soit la courbe suivante (figure 90) représentant la tension d’arc en fonction de sa longueur
X.
1) Déterminer les paramètres « a », « b » (Voir équation d’arc)
Solution
a=p + q=2+2=4V, b=ΔU/ΔX=4/0.04=100V/mm, 𝑼𝒂 =2+100X (X en mm et 𝑼𝒂 en V)
EXERCICE N°10
La figure suivante représente la tension d’arc 𝑈𝑎 , les courants de court-circuit 𝐼𝑎 d’arc lors
d’ouverture d’un dispositif de protection (disjoncteur ou fusible par exemple figure 91).
1) Déterminer l’instant d’ouverture du dispositif de protection.
2) Indiquer sur la figure l’intervalle d’apparition de la tension de contact (dite tension de préarc).
3) Indiquer les instants d’apparition de la tension d’arc.
4) Déterminer le temps total de coupure
5) Donner la valeur crête du courant limité par l’appareil de protection.
94
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Solution :
1) L’instant d’ouverture du dispositif de protection t=0.25 ms.
2) L’intervalle d’apparition de la tension de contact (dite tension de pré-arc), t=0 ms à 1.25 ms.
3) Les instants d’apparition de la tension d’arc t =1.25 ms à 2.5 ms.
4) Le temps total de coupure t_Total =2. 5 ms.
5) La valeur crête du courant limité par l’appareil de protection I_crête=129.9 kA au lieu de 339.
8
Tension anodique
7
q
5
Tension d'arc
a
U (V)
6
4
b*L
3
2
p
1
Zone cathodique
0
0
0.01 mm
0.02 mm
0.03 mm
0.04 mm
0.05 mm
0.06 mm
X (longueur d'arc)
Figure 90 Tension d’arc en fonction de sa longueur
95
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
350
 I(t)présumé
 Générateur E(t)
Tension [ V ] , Courant [ kA]
300
250
200
Ua(t)→
150
100
 I(t)limité
50
0
-50
Med Mekhanet
0
1
2
3
4
5
6
Temps [ms]
7
8
9
10
Figure 91 Variations de la tension et du courant d'arc
EXERCICE N°11
Choix d’un contacteur pour circuit d’éclairage (lampe à filament) ;
Caractéristiques :
•
•
•
•
La puissance choisie du point lumineux à une puissance maximale qui ne doit pas être
dépassée 15kW. Le circuit ne demande que peu de manœuvres.
Pas de surcharge, est le circuit est protégé par un fusible gG contre le court-circuit.
Le facteur de puissance voisin de l’unité.
La pointe de courant 𝐼𝑝 = 18. 𝐼𝑛 .
•
La tension d’alimentation est 220/380V
Solution :
La catégorie du contacteur AC1, le courant maximal est : 𝐼 =
L’intensité du courant de pointe : 𝐼𝑝 = 18 ∗ 24 ≈ 432𝐴
𝑃
√3∗𝑈∗𝑐𝑜𝑠𝜑
=
15000
√3∗380∗0.95
≈ 24A
Pour la catégorie AC1, un contacteur de 32A peut convenir parfaitement dans le cas où le
courant de pointe ne dépasse pas les 300A, on pend le calibre AC1 suivant AC1, 40A. Le
contacteur choisi LC1-D25-A65. Dont le courant 𝐼𝑝 = 450A et qui peut atteindre 3 millions de
manœuvres.
96
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
EXERCICE N°12
Un moteur asynchrone 220/380V, 15 kW, donner le choix du contacteur en catégorie AC3,
pour un nombre de manœuvres supérieur à 2 millions.
Solution :
La figure 53 détermine le calibre du contacteur : soit LC, LP1-D40 qui peut atteindre les 3
millions de manœuvres.
EXERCICE N°13
Classer les appareils dans le tableau suivant leurs fonctions (connexion, interruption. Sectionneur,
sectionneur port fusible, Sectionneur interrupteur, Bloc de contacts, Interrupteur va-et-vient,
Rotacteur, Relais électrique, Interrupteur double allumage. Bouton poussoir, Minuterie d’escalier,
Télérupteur, Douille, Barrette domino.
Connexion
Sectionnement
Interruption
---------------------------------
---------------------------------
---------------------------------
EXERCICE N°14
Un moteur asynchrone 7.5 kW 220/380V, 50Hz d’un rendement=0.80 et un facteur de
puissance=0.92, le moteur peut démarrer dans 3 secondes.
1. Faire le choix du fusible, contacteur relais thermique.
2. Déterminer le temps de déclenchement du relais «et/ou » le temps de fusion s’ils
auront lieu pour les cas suivants :
• Une surcharge de 1.3𝐼𝑛
• Pour un démarrage direct le courant et quatre fois le courant nominal.
• Pour un court-circuit, le courant est de 140A.
Solution :
𝑃
7500
Calcul du courant nominal 𝐼𝑛 = 𝜂√3𝑈.𝑐𝑜𝑠𝜑. = 0.8∗√3∗380∗0.92 = 15.48𝐴
Le moteur démarre à 3 secondes donc on doit choisir un relais de classe 10
Le tableau nous donne un relais dont la plage de réglage de 12 à 18 A, le fusible de type « a » de 20A
(fusible aM20), le contacteur LC1 D18.D38, relais thermique LRD21.
Détermination des temps de fusion et de déclenchement
Le courant de surcharge et de valeur 1.5 ∗ 𝐼𝑛 = 23.22𝐴
97
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Le fusible aM20 : il n’y a pas de fusion (figure 63/page50 pas d’intersection).
Le relais thermique va déclencher à 3 min pour le fonctionnement 1 et à 3min pour le fonctionnement
1 et 2 (figure 68/page54).
Le courant de démarrage a pour valeur 4 ∗ 𝐼𝑛 ≈ 62 𝐴
Le relais thermique va déclencher à 15 s pour le fonctionnement (1) et après 10 et 8 secondes pour le
fonctionnement (2) et (3) respectivement (figure 68/page54).
Le fusible aM : il n’y a pas de fusion (figure 63/page50) pas d’intersection.
Pour un court-circuit, le fusible sera fusionné à ≈3 secondes et un déclenchement du relais (le
multiplicateur =140A/15.48A=9) à 5 secondes pour le fonctionnement (1), 3.8s pour le
fonctionnement (2) et 3 secondes pour le fonctionnement (3).
SUJETS D’EXAMENS
EXAMEN 2016
1-1 Une charge triphasée composée de 6 (six) lampes (résistances) de puissance 220 W
sous 220 volts chacune, on les repartait régulièrement sur les trois phases d’un réseau triphasé
220 V/381 V.
a) Donner le schéma électrique dont vous représentez la disposition des lampes.
b) Quel est le type de ce couplage.
c) Calculer le courant absorbé par la charge.
d) Donner le type et le calibre du fusible.
Dans le cas d’un court-circuit, le courant est de 10 A.
e) Déterminer le temps de coupure du fusible.
1-2 On remplace les lampes par un moteur triphasé dont les caractéristiques sont les
suivantes :
Sa puissance mécanique est de 792 W avec un rendement industriel de 75%, le facteur de
puissance est de 0.80, la tension du réseau est de 220 V/381 V, le temps de démarrage est 4
secondes.
Le circuit de puissance est constitué d’un Sectionneur porte-fusible, un contacteur, un
relais thermique et le moteur.
98
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a) Quel est le couplage du moteur avec le réseau ?
b) Calculer, la puissance électrique absorbée.
c) On déduire le courant nominal du moteur.
Pour la protection du moteur, on a utilisé un fusible et un relais thermique.
d) Quel est le rôle du fusible dans ce circuit.
e) Donner le type et calibre du fusible.
f) Indiquer le rôle du relais thermique dans le circuit.
g) Donner la référence du relais et indiquer l’intervalle du courant.
h) Le courant de démarrage a augmenté pour une raison quelconque à 8 A.
1. Déterminer le temps de fusion s’il existe.
2. Déterminer le temps déclenchement s’il existe.
j) Argumenter les résultats trouvés en (h1 et h2).
EXAMEN 2017
I.
Exo1 (20pts)
Donner une brève définition des mots suivants :
a) Appareil électrique……………………………….5pts
b) Arc électrique…………………………………….5pts
c) Courant de court-circuit………………………….5pts
d) Un moteur électrique triphasé 127 V/220 V, quel est son couplage avec un réseau de
220 V/380 V
5pts
Exo2 (20pts)
Coucher la case vraie par (X)
Appareil
Protection des
personnes
Protection du
matériel
Utilisé pour le
sectionnement
Possède le pouvoir de
coupure
Sectionneur
Fusible
Disjoncteur
différentiel
Relais thermique
Contacteur
99
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Exo3
(60pts)
Soit le schéma de la figure1 :
1. Que représente ce schéma de la figure1 ?
5pts
2. Quel est le type de l’élément Q1 ?
5pts
3. Quel est le couplage du moteur ?.
5pts
4. Donner le circuit de commande ?
10pts
Les caractéristiques du moteur triphasé sont, 220v/380v, sa puissance mécanique est de 800W
avec un rendement industriel de 85 % , le facteur de puissance est de 0,85.
5. Quelle est la tension du réseau ?.
5pts
6. Calculer la puissance électrique absorbée
5pts
7. En déduire le courant nominal du moteur
5pts
8. Quel est le rôle de Q1?
5pts
9. Que représente le schéma de la figure 2 ?.
5pts
10. Indiquer le rôle l’élément « C »
5pts
11. Indiquer le rôle de l’interrupteur « K »
5pts
Figure 1
Figure 2
100
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EXAMEN 2018
Exo1 : Nommez les éléments constituant le circuit de la figure1 et donnez le rôle de
chacun, en remplissant le tableau :
Élément
Figure1
Désignation
Rôle
Q1
0.25 pt
0.25 pt
F1
0.25 pt
0.25 pt
F2
0.25 pt
0.25 pt
KM1
0.25 pt
0.25 pt
S0
0.25 pt
0.25 pt
S1
0.25 pt
0.25 pt
H1
0.25 pt
0.25 pt
Aru
0.25 pt
0.25 pt
M3~
0.25 pt
0.25 pt
Donner la signification schématique du rectangle entourant l'élément F2 ? 0.25 pt
Quel est l'élément intervenant lors d'un court-circuit ? 0.25 pt
Quel est l'élément qui intervient lors d’une surcharge ? 0.25 pt
Si le réseau d'alimentation est 380/660 volts et le moteur est de 220/380 volts
Quel est le couplage dans ce cas, si c’est possible. 0.25 pt
Exo2 : Un radiateur électrique de 2kW est branché suivant la figure ci-dessous (monophasé), on
y branche également un fer à repasser de 1000W et un aspirateur de 1,6kW.
1. Déterminer la puissance totale des appareils raccordés (1pt)
2. Calculer les différents courants absorbés : IRad, IFer, IAspi. (1pt).
3. Calculer le courant total absorbé (circuit monophasé). (1pt).
4. La protection de la prise de courant est un fusible F1 de calibre 16 A, que ce passe-t-il ?
5. Déterminer le type et le calibre des fusibles F2, F3, F4. (1pt).
Lors de la mise en route de l'aspirateur, son moteur absorbe 10 fois son intensité nominale
pendant 2 secondes (1pt).
6. Calculer le courant absorbé par l'aspirateur lors de son démarrage et le temps de fusion du
fusible F4 ? (1pt)
7. Calculer le courant total absorbé en prenant en compte le démarrage de l'aspirateur. (1pt)
101
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8. Lorsque tous les appareils sont branchés et en fonctionnement et lors du démarrage de
l'aspirateur, que se passe-t-il ? (0.5pt).
9. Donner le schéma de l’installation (0.5pt).
102
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TRAVAUX PRATIQUES
TP1 : CONNAISSANCE DU MATÉRIEL
BUT
Le but du premier TP est de faire la représentation de quelques appareillages électriques tels
que le sectionneur, le relais thermique et le contacteur et au même temps de faire connaissance du
rôle et des constituants de chaque appareil.
1-1 SECTIONNEUR
Le sectionneur est l’appareil dédié à l’isolement entre la charge et la source d’alimentation,
pour le manipuler, il faut faire attention à ne pas le manœuvrer en charge, car il n’est pas octroyé
d’un dispositif de coupure de courant.
MATERIEL UTILISE :
-
Sectionneur référence LS1 – D2531 A65
Deux voyants (rouge/ RD- vert /GN)
Fils pour câblage.
Divers
MANIPULATION
-
Câbler le circuit suivant le schéma ci-contre.
Fermer le sectionneur, en remarquant que les
deux voyants sont allumés.
Ouvrez le sectionneur graduellement jusqu’à
l’extinction de l’un des deux voyants, puis
ouvrez totalement le sectionneur.
Donner une explication à cet écart d’ouverture entre
l’extinction des deux voyants LP1 (contact 1-2) et LP2 (contact
13-14) ?
Figure 92 Montage
1-2 RELAIS THERMIQUE
Le relais thermique est un appareil de protection contre les surcharges, il peut être utilisé
soit en courant continu soit en alternatif, pour mettre en clair son comportement lors d’une
surcharge réaliser le montage ci-dessous :
103
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Figure 93 Schéma du montage pour tester le relais thermique
MATERIEL UTILISE
-
Relais thermique référence LRD05 (zone de réglage de 0.63 à 1A/ classe 10A).
Ampèremètre de calibre approprié.
Résistance variable 220 v 500 w.
Deux voyants (V1 : vert, V2 : rouge).
Chronomètre.
Fils de câblage.
MANIPULATION
1. Câbler les deux circuits puis vérifier avec un ohmmètre avant le soumettre sous tension.
(Noter bien que le circuit de protection n’est pas présenté).
2. Positionner la languette du relais thermique à 1 A où 1*Ir
3. Choisir le calibre de l’ampèremètre de façon qu’on puisse mesurer un courant de 4 A.
4. Varier les résistances (charge) pour avoir un courant de charge égal à 4 A.
5. Mettre le circuit sous tension et au même temps actionnait le chronomètre pour le
comptage.
6. Enregistrer le temps 𝒕𝟏 de déclenchement du relais (extinction de V1 et allumage de V2).
7. Mettre hors tension le circuit.
8. Réarmer le relais par le bouton de réarmement, refaire les étapes 5-6 et enregistrer le
nouveau temps 𝒕𝟐 .
9. Extraire les temps 𝑡1 et 𝑡 2 à partir des courbes de déclenchement, et expliquer
l’apparition de l’écart entre 𝑡1 et 𝑡 2 mesurés, commenter alors les résultats.
104
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1-3 CONTACTEUR
But : examiner les différents composants constituants un contacteur et de savoir le rôle
de chaque élément.
MANIPULATION
1- Démontez le contacteur par un tournevis plat de faible largeur en respectant la
numérotation indiquée sur la figure ci-dessous et déposez les pièces par ordre de
démontage sur la table de travail.
2- Détecter et repérer chaque élément en indiquant le rôle de chaque constituant sur un
tableau numéroté de 1 à 12.
3- Réaliser le montage de l’appareil en procédant dans l'ordre inverse de démontage puis
vérifier que le contacteur fonctionne correctement après avoir monté.
4- Enregistrer les informations inscrites sur le contacteur :
-
Référence du composant :………………..
-
Désignation :…………………
-
Nom du fabricant :………………………
-
Plage de fonctionnement (V):……………………
Figure 94 Schéma de démontage du contacteur
-
Fréquence : ……………………………………………………………
-
Nature de la tension de commande : …………………………………..
-
Nombre de contacts de puissance :………….… ………………………
-
Nombre de contacts (commande) NO :…….………………………….
-
Classe …………………………………………………………………
D’après ces indications, citer dans quel type de circuit ce contacteur est utilisable (éclairage,
démarrage…).
105
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TP2 : ÉCLAIRAGE
BUT
Le but est de réaliser les différents montages d’éclairage (simple, double, va et vient), puis
la réalisation le montage d’éclairage commandé comme le montage du télérupteur et minuterie
d’escalier.
MATERIEL UTILISE
Voici le matériel nécessaire pour cette manipulation :
Tableau 46 Liste de matériel
Désignation
Boîte dérivation
Tube de canalisation IRL (Isolant Rigide Lisse)
Clips fixes gaine + vis de fixation
Interrupteur simple apparent
Interrupteur double apparent
Interrupteur va et vient apparent
Bouton poussoir
Télérupteur
Minuterie
Lampe à incandescence
Douille
Barrette de 12 dominos électriques
Fil 1.5 mm2
Caisse à outils (Multimètre, tournevis, pince …) Disjoncteur magnétothermique monobloc
I-
Quantité
01
3m
15
01
01
02
02
01
01
02
01
01
01
Caractéristiques
220X170X86mm apparente
IRL 3321/ IRL Ø25
Tube IRL Ø25
220V /10A
220V /10A
220V /10A
220V /10A
220V /16A
220V /16A
E27/220V/60w
E27/220V
16 mm²
4m rouge, 4m bleu, 4m noir
220v, 10A
ÉCLAIRAGE NON COMMANDE
MANIPULATION
Suivant le plan d’implantation
des éléments présenté par la
figure ci-contre, placer deux
conducteurs dans la canalisation
1 et trois conducteurs dans les
quatre canalisations restantes
(Phase : Marron ou Rouge ;
Neutre : bleu ; Navette : choisir
au même titre que pour le
retour-lampe
;
terre
:
vert/jaune).
Figure 95 Plan d’implantation des éléments
106
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I-1 SIMPLE ALLUMAGE
Placer l’interrupteur simple à l’emplacement « P1 » et la prise de courant au point « P2 »,
puis câbler le circuit suivant le schéma ci-contre :
Remarque : le disjoncteur est placé hors circuit.
VERIFICATION HORS TENSION :
Mesurer la résistance 𝑅 1 de la lampe à l’aide
de l’ohmmètre, placer les cordons de l’ohmmètre en
aval du disjoncteur, les valeurs que vous devez trouver
sont :
Figure 96 Schéma développé simple allumage avec prise
Tableau 47 Table de vérification (simple allumage)
Interrupteur
Valeur mesurée
0
∞
1
𝑅1
Après vous pouvez mettre le circuit sous tension.
I-2 DOUBLE ALLUMAGE
Remplacer l’un interrupteur simple allumage en
« P1 » par un interrupteur double allumage, ne pas
démentez la prise de courant, réaliser le montage cicontre :
VERIFICATION HORS TENSION :
Mesurer les valeurs des résistances 𝑅 1 et 𝑅 2
Figure 97 Schéma développé double allumage avec prise
des deux lampes, puis placer l’ohmmètre aux bornes du
circuit aval du disjoncteur, les valeurs que vous devez trouver sont :
Tableau 48 Table de vérification (double allumage)
Interrupteur 1
0
1
Interrupteur 2
0
0
Valeur mesurée
∞
R1
0
1
R2
1
1
R=
R 1 ∗R 2
R 1 +R 2
Si R 1 = R 2 la valeur est R =
R1
2
Après validation du circuit, vous pouvez mettre le circuit sous tension.
107
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I-3 VA ET VIENT
Placer les deux interrupteurs va et
vient en « P1 » et « P2 » puis réaliser le
câblage suivant le schéma ci-contre :
VERIFICATION HORS TENSION :
Noter la valeur 𝑅 1 de la
résistance de la lampe, puis placer
l’ohmmètre
entre
les
sorties
du
disjoncteur, les valeurs que vous devez
Figure 98 Schéma développé va et vient
trouver sont :
Tableau 49 Table de vérification (va et vient)
Interrupteur 1
Position 1
Position 2
Position 1
Position 2
Interrupteur 2
Position 1
Position 1
Position 2
Position 2
Valeur mesurée
R1
∞ (Circuit ouvert)
∞ (Circuit ouvert)
R1
Après validation du circuit, vous pouvez mettre le circuit sous tension.
II-
ÉCLAIRAGE DE COMMANDE
II-1 TELERUPTEUR
Le télérupteur est un appareil qui permet de commander l'alimentation d'un circuit
d'éclairage, au même titre qu'un interrupteur classique. Associé à un ou plusieurs boutons
poussoirs, il peut remplacer le simple allumage et le va et vient.
Le télérupteur peut être présenté sous plusieurs formes suivant la marque (figure).
A1
1
2
A2
Figure 99 Symbole et constituants internes du Télérupteur [Legrand]
108
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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU TELERUPTEUR
Au repos le contact (1) est fermé position (a), une fois l’électroaimant (2) est alimenté par
action sur le bouton-poussoir, il attire la lame souple en acier (3) provoquant ainsi la rotation de
la roue dentée (4) par la baie du rocher, après relâchement du bouton poussoir la lame (3)
s’accroche au (dent) suivant laissant la came carrée (5) en position diagonale (position b) ceci
provoque l’écartement des contacts électrique (1) cette position est maintenue par le cliquet.
Figure 100 Principe du télérupteur [Photo Wikipédia]
MONTAGE
Placer le télérupteur à l’intérieur de la boîte de dérivation et placer les deux boutons
poussoirs en « P1 » et « P2 », câbler le circuit suivant :
Figure 101 Schéma développé du télérupteur
109
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VERIFICATION HORS TENSION :
Noter la valeur 𝑅1 de la résistance de la lampe, puis mesurer entre (A1-A2) la résistance
𝑅𝐵 de la bobine du télérupteur, placer l’ohmmètre entre les deux sorties aval du disjoncteur, les
valeurs que vous devez trouver sont :
Tableau 50 Table de vérification (Télérupteur)
Interrupteur
0
1
0
Bouton-poussoir (1 ou 2)
0
0
1
1
1
Valeur mesurée
∞
𝑅1
𝑅𝐵
𝑅1 ∗ 𝑅𝐵
𝑅=
𝑅1 + 𝑅𝐵
Après vérification, vous pouvez mettre le circuit sous tension.
II-2 MINUTERIE
La minuterie est un appareil électrique permettant de commander automatiquement le
retardement de l’extinction d’un circuit d’éclairage.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Au repos le noyau ferromagnétique (4) placé en position basse (figure (a)), le noyau
véhicule un joint souple de forme conique (5) et un axe support (6) dont les contacts mobiles (8)
sont solidaires. Le circuit (1-2) composé de deux contacts fixes (7) sont donc ouverts. Une fois,
la bobine (3) est alimentée entre (A1-A2), le noyau (4) remonte instantanément vers le haut par
l’action de la force magnétique figure (b).
Figure 102 Principe de la minuterie
110
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Lors de mouvement est vers le haut, le joint conique (5) se déplace selon sa partie
convexe ce qui permet le passage de l’air librement dans les deux compartiments délimités par le
noyau, l’air est libéré par l’orifice (1) pratiqué au bouchon (2). Une fois, le noyau est en position
haute, les contacts (7) et (8) sont shuntés et dès que la bobine est hors tension, le noyau n’est
donc soumis qu’à son propre poids, il commence à descendre, mais cette fois-ci, il est retardé par
le joint qui s’étale sur la paroi par l’effet de la pression d’air. Le passage de l’air n'est pas possible
qu’à travers ; un orifice en bas dont la vitesse d’écoulement est retardée par la vis de réglage (9)
permettant le retardement de l’ouverture du circuit (1-2) de la minuterie.
MONTAGE
Placer la minuterie à l’intérieur de la
boite de dérivation et les deux boutons
poussoirs l’un au point « P1 » et le
deuxième au point « P2 » puis exécuter le
câblage ci-contre :
Remarquer que c’est le même
montage que le montage du télérupteur, il
suffit de remplacer donc le télérupteur par
Figure 103 Schéma développé de la minuterie
la minuterie.
VERIFICATION HORS TENSION :
Noter la valeur 𝑅1 de la résistance de la lampe est mesuré entre (A1-A2) la résistance 𝑅𝐵
de la bobine de la minuterie puis placer l’ohmmètre entre la sortie du disjoncteur et le neutre, les
valeurs que vous devez trouver sont :
Tableau 51 Table de vérification (minuterie)
Interrupteur
0
1
0
Bouton-poussoir
0
0
1
1
1
Valeur mesurée
∞
𝑅1
𝑅𝐵
𝑅1 ∗ 𝑅𝐵
𝑅=
𝑅1 + 𝑅𝐵
Après vérification vous pouvez mettre le circuit sous tension.
111
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TP3 : DEMARRAGE DIRECT D’UN MOTEUR ASYNCHRONE DANS UN SEUL
SENS DE ROTATION
BUT
La réalisation du câblage des deux circuits de commande et de puissance afin de faire un
démarrage direct d'un moteur asynchrone triphasé dans un seul sens de rotation.
COUPLAGE DES MOTEURS
Le démarrage direct, c’est la procédure la plus simple des démarrages, qui consiste à
alimenter directement le moteur sans ajouter un autre moyen de limitation de courant de
démarrage qui peut atteindre 4 à 8 fois l’intensité nominale.
Le moteur asynchrone triphasé possède trois enroulements reliés à une plaque à bornes,
ces bobines sont repérées par les lettres U1, V1, W1 et U2, V2, W2. Les enroulements sont
branchés de la manière suivante :
Figure 104 Connexion interne des bobines statoriques
Deux systèmes de couplage sont alors possibles :
•
•
Le couplage étoile (Y) impose aux bornes d’un enroulement du moteur la tension
simple du réseau.
Le couplage triangle (D) impose aux bornes d’un enroulement du moteur la tension
composée du réseau.
Figure 105 Connexion de la plaque à borne en montage étoile et en montage triangle
112
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CHOIX DU COUPLAGE SUIVANT LA TENSION
Pour connaître le type de couplage d’un moteur avec le réseau triphasé, il faut procéder comme suite :
1. On doit prendre en compte que de la tension composée du réseau.
2. Repérer la tension du moteur qui coïncide avec la tension du réseau, si la tension du réseau
coïncide avec la tension composée donc le couplage possible est le couplage Y et si elle coïncide
avec la tension simple du moteur, le couplage est D, les autres cas sont impossibles.
Tableau 52 Couplages possibles du moteur triphasé avec le réseau
Réseau
Moteur
127V (D)/220V(Y)
220V (D)/380V(Y)
380V (D)/660V (Y)
127V/220V
220V/380V
380V/660V
Y
D
Impossible
Impossible
Y
D
Impossible
Impossible
Y
Remarque : si le montage triangle est possible, alors on peut effectuer un démarrage étoiletriangle. Comme par exemple avec un moteur 220V/380V on peut procéder à un démarrage étoiletriangle (Y-D) si le réseau est 127V/220V.
LISTE DU MATERIEL
La liste du matériel nécessaire pour un démarrage direct dans un seul sens de rotation.
Les références doivent être indiquées par l’étudiant suivant le type de moteur choisi.
Tableau 53 Liste de matériel
Désignation
Moteur Asynchrone
Sectionneur porte-fusible
Fusibles
Contacteur
Relais thermique
Unité de commande (1 bouton de marche
et 1 autre pour l’arrêt)
Montage
Câblage
Raccordement
Référence
…………
…………
…………
…………
…………
Notation
M3
Q1
Q1
KM1
F1
Quantité
1
1
3
1
…………
S1-S2
1
Caractéristiques
Auxiliaire :
…………
…………
…………
Les références et les caractéristiques du matériel, ils sont définis d’après les
caractéristiques du moteur et les fiches techniques du constructeur.
SCHEMA DE DEMARRAGE DIRECT
Câbler le circuit de commande puis le circuit de puissance du schéma de suivant :
113
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Figure 106 Schéma de câblage d'un démarrage direct dans un seul sens de rotation
VERIFICATION HORS TENSION :
1-VERIFICATION DU CIRCUIT DE COMMANDE
Mesurer la valeur de la résistance 𝑅𝐾𝑀1 du contacteur entre (A1-A2) à l’aide d’un
ohmmètre. Puis placer les bornes de l’ohmmètre entre les points (14-A2).
Tableau 54 Table de vérification Circuit de commande
̅̅̅
𝑆1
S2
KM1
Valeur
0
0
0
∞
0
1
0
𝑅𝐾𝑀1
0
0
1
𝑅𝐾𝑀1
0
1
1
𝑅𝐾𝑀1
1
Φ
Φ
∞
1
Φ
Φ
∞
114
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Après vérification, vous pouvez alimenter le circuit de commande en fermant Q1, et
vérifier le fonctionnement sous tension de commande.
2-VERIFICATION DU CIRCUIT DE PUISSANCE
À l’aide d’un ohmmètre, mesurer les valeurs des résistances 𝑅𝑈 , 𝑅𝑉 et 𝑅𝑊 du moteur
entre (𝑈1 -𝑈2 ), (𝑉1 -𝑉2 ) et (𝑊1 -𝑊2 ) respectivement, qui sont normalement de la même valeur
notées 𝑅𝑀 . Placer maintenant l’ohmmètre entre les bornes comme indiqué sur le tableau suivant :
Tableau 55 Table de vérification circuit de puissance
Montage Y du moteur
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1
Q1
KM1
2-4
2-4
2-4
0
0
∞
∞
∞
0
1
∞
∞
∞
1
0
∞
∞
∞
1
1
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
Montage D du moteur
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1
Q1
KM1
2-4
2-6
4-6
0
0
∞
∞
∞
0
1
∞
∞
∞
1
0
∞
∞
∞
1
1
2. 𝑅𝑀
3
2. R M
3
2. R M
3
Une fois, les deux circuits sont vérifiés, vous pouvez mettre sous tension et
démarrer le moteur.
115
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
TP4 : DEMARRAGE DIRECT D’UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE DANS
DEUX SENS DE ROTATION
BUT
C’est d’effectuer un démarrage direct dans deux sens de rotation d'un moteur asynchrone
triphasé.
INVERSION DU SENS DE ROTATION D’UN MOTEUR ASYNCHRONE
TRIPHASE
Pour l'inversion du sens de rotation d'un moteur triphasé : il suffit de permuter des deux
phases.
LISTE DU MATERIEL
Voici la liste du matériel nécessaire pour un démarrage direct dans un sens de rotation.
Les références doivent être indiquées par l’étudiant suivant le type de moteur choisi.
Tableau 56 Liste nominative du matériel
Désignation
Moteur Asynchrone
Sectionneur porte-fusible
Fusible
Contacteur
Relais thermique
Verrouillage mécanique
Unité de commande avec deux
boutons de marche et un pour l’arrêt
Référence
…………
…………
…………
…………
…………
….......
Notation
M3
Q1
Q1
KM1-KM2
F1
…………
S1-S2-S3
Quantité
1
1
3
2
1
Caractéristiques
…………
…………
…………
…………
…………
….….......
1
…………
Auxiliaire :
Montage
Câblage
Raccordement
…………
…………
…………
Les références et les caractéristiques du matériel, ils sont définis suivant les
caractéristiques du moteur et les fiches techniques du constructeur.
PRECAUTION
Lors d’inversions du sens de rotation, la permutation entre les deux contacteurs doit être
faite de telle façon que le balancement se fait sans aucun contact entre les deux phases. Pour
constituer un contacteur inverseur à deux sens de marche, il faut choisir deux contacteurs adaptés
à la puissance du moteur en plus d'un système de verrouillage mécanique bien adapté placé entre
les deux contacteurs évitant ainsi le chevauchement entre contacteurs.
116
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Figure 107 Verrouilleur mécanique et son emplacement entre les deux contacteurs
SCHEMA DE DEMARRAGE DIRECT DANS DEUX SENS DE ROTATION
Câbler le circuit de commande puis le circuit de puissance du schéma de suivant :
Figure 108 Schémas de commande et de puissance d'un démarrage direct dans deux sens de rotation
VERIFICATION HORS TENSION :
1-VERIFICATION DU CIRCUIT DE COMMANDE
À l’aide d’un ohmmètre, mesurer la valeur de la résistance des contacteurs 𝑅𝐾𝑀1 =
𝑅𝐾𝑀2 = 𝑅𝐾𝑀 entre (A1-A2). Placer ensuite les bornes de l’ohmmètre entre les deux points de
mesures (Q1-14 et A2).
117
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Tableau 57 Table de vérification Circuit de commande
̅̅̅
𝑆1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
S2
0
1
0
0
0
1
0
0
1
Φ
S3
0
0
1
0
0
0
1
0
1
Φ
KM1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
Φ
KM2
0
0
0
0
1
0
1
1
0
Φ
Valeur mesurée
∞
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀
Impossible verrouillage mécanique
𝑅𝐾𝑀 /2
∞
Après vous pouvez alimenter le circuit de commande en fermant Q1. Et vérifier le
fonctionnement.
2-VERIFICATION DU CIRCUIT DE PUISSANCE
À l’aide d’un ohmmètre, mesurer la valeur des résistances de chaque bobine 𝑅𝑈 , 𝑅𝑉 et
𝑅𝑊 du moteur entre qui sont ordinairement égales, noté cette valeur 𝑅𝑀 . Placer maintenant
l’ohmmètre entre les bornes de puissance du sectionneur comme indiquer sur le tableau suivant :
Tableau 58 Table de vérification circuit de puissance
Q1
0
0
0
1
1
1
1
KM1
0
1
0
0
0
1
1
KM2
0
0
1
0
1
0
1
Q1
0
0
0
1
1
1
1
KM1
0
1
0
0
0
1
1
KM2
0
0
1
0
1
0
1
Montage Y du moteur
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1
4-6
2-4
2-6
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
Impossible (verrouillage mécanique)
Montage D du moteur
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1
4-6
2-4
2-6
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
2. 𝑅𝑀 /3
2. 𝑅𝑀 /3
2. 𝑅𝑀 /3
2. 𝑅𝑀 /3
2. 𝑅𝑀 /3
2. 𝑅𝑀 /3
Impossible (verrouillage mécanique)
Une fois, les deux circuits sont vérifiés, vous pouvez mettre sous tension. Après
autorisation de l’enseignant.
118
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
TP5 : FREINAGE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE
BUT
Réalisation d’un montage permettant le freinage d’un moteur asynchrone triphasé.
PRINCIPE
Le principe consiste à arrêter le moteur dès l’activation du bouton-poussoir d’arrêt.
Plusieurs procédés sont utilisés, suivant le type du moteur triphasé, soit un moteur à cage ou un
moteur à bague.
PROCEDES DE FREINAGE :
Les procédés de freinage des moteurs asynchrones se divisent en deux catégories :
1-PROCEDES MECANIQUES :
Il s’agit d’un frein mécanique implanté à l’intérieur du moteur, l’ensemble s’appelle
moteur-frein. C’est une action mécanique effectuée au niveau du rotor. Dans cette procédure, il
existe deux modes de freinage.
•
•
Freinage à appel de courant,
Freinage à manque de courant.
2- PROCEDES ELECTRIQUES :
Il existe plusieurs types de freinage électrique dont l’action peut être effectuée soit au
niveau du stator pour les moteurs à cage ou à bague et au niveau rotorique pour les moteurs de
grande puissance à bague. Il existe aussi deux types de freinage.
•
•
Freinage par contre-courant,
Freinage par injection du courant continu.
Dans ce TP, on s’intéresse à un seul mode de freinage d’un moteur à cage d’écureuil. C’est
le freinage par injection du courant continu. Puisque le freinage par contre-courant demande la
présence d’un capteur de vitesse détectant son annulation.
FREINAGE PAR INJECTION DE COURANT CONTINU
La procédure, c’est lorsqu’on coupe l’alimentation alternative, on injecte un courant
continu entre deux phases du moteur créant ainsi, un champ fixe qui va freiner le rotor, ensuite
l’alimentation continue doit être coupée afin d’éviter l'échauffement des bobines statoriques.
PRECAUTIONS
En courant continu, d'impédance des bobines se réduisent à des résistances seulement,
de ce fait, il est nécessaire de limiter alors le courant. En conséquence, la tension continue
119
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
appliquée doit être limitée à quelques dizaines de volts afin que le courant injecte soit de l’ordre
de 1,3 In.
LISTE DU MATERIEL
La liste du matériel nécessaire pour un freinage par injection de courant est présentée
dans tableau suivant. Les références doivent être choisies par l’étudiant suivant les caractéristiques
du moteur.
Tableau 59 Liste de matériel pour le freinage d’un moteur asynchrone
Désignation
Moteur Asynchrone
Transformateur
Sectionneur porte-fusible
Pont de redressement
Fusible aM
Fusible aT primaire
Fusible aT secondaire
Contacteur
Temporisateur travail
Relais thermique
Verrouillage mécanique
Unité de commande avec deux
boutons de marche et un pour
l’arrêt
Et arrêt d’urgence
Référence
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
….......
Montage
Câblage
Raccordement
…………
…………
…………
…………
Notation
M3
T1
Q1
KM1-KM2-KM3
Quantité
1
1
1
1
3
3
2
3
1
1
Caractéristiques
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
…………
….….......
1
…………
F1
S1-S2-S3
Auxiliaire :
SCHEMA DE FREINAGE PAR INJECTION DE COURANT CONTINU
Le freinage par injection de courant continu nécessite une source de courant continu. Le
système utilisé est composé d’un transformateur abaisseur et un redresseur. L'injection se fait
alors au moyen d'un contacteur KM2, qui nécessite un verrouillage mécanique et électrique par
rapport à KM1 (un verrouillage entre la marche et le freinage).
Pour séparer le pont lors du fonctionnement normal du moteur et éviter un court-circuit
via les diodes du pont, un contacteur auxiliaire KM3 est nécessaire. D’autre part, il faut prévoir
la protection du primaire et le secondaire du transformateur par des fusibles de type aT. Le
freinage est commandé par le bouton poussoir BP d'arrêt d'urgence (activation maintenue).
120
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Figure 109 Circuit de commande et de puissance d'un freinage par injection de courant continu
VERIFICATION HORS TENSION :
1-VERIFICATION DU CIRCUIT DE COMMANDE
Mesurer la valeur de la résistance des contacteurs 𝑅𝐾𝑀1 = 𝑅𝐾𝑀2 = 𝑅𝐾𝑀3 entre (A1-A2)
à l’aide d’un ohmmètre. Puis placer les bornes de l’ohmmètre entre les deux points (95 et Neutre).
Tableau 60 Table de vérification Circuit de commande
S1
S2
̅̅̅
𝑆3
KM1
KM2
KM3
Valeur mesurée
0
0
0
0
0
0
∞
1
0
0
0
0
0
𝑅𝐾𝑀
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
𝑅𝐾𝑀
𝑅𝐾𝑀 /2 après temporisation le circuit s’ouvre ∞
𝑅𝐾𝑀 /2
Impossible (verrouillage mécanique)
𝑅𝐾𝑀 /2 après temporisation ∞
Après, vous pouvez alimenter le circuit de commande en fermant Q1 et examiner le
fonctionnement sous tension.
2-VERIFICATION DU CIRCUIT DE PUISSANCE
À l’aide d’un ohmmètre, mesurer la valeur de la résistance de chaque bobine du moteur
qui est normalement de même valeur noté 𝑅𝑀 .
121
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
Mesurer la valeur des résistances du transformateur 𝑅𝑇𝑝1 , 𝑅𝑇𝑝2 et 𝑅𝑇𝑝3 du
transformateur entre les phases du primaire noté 𝑅𝑝 .
Placer maintenant l’ohmmètre entre les bornes comme indiquer sur le tableau suivant :
Tableau 61 Table de vérification circuit de puissance
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1 montage Y
KM1
KM2
2-4
2-6
4-6
0
0
∞
∞
∞
1
0
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
2. 𝑅𝑀
0
1
2Rp pour un
Transformateur Y
2Rp pour un
Transformateur Y
1
1
2Rp pour un
Transformateur Y
Impossible système verrouillé
Valeurs mesurées entre les bornes en aval de Q1 montage D
KM1
KM2
2-4
2-4
2-4
0
0
1
0
0
1
∞
2. 𝑅𝑀
3
2Rp pour un
Transformateur Y
∞
2. 𝑅𝑀
3
2Rp pour un
Transformateur Y
∞
2. 𝑅𝑀
3
2Rp pour un
Transformateur Y
1
1
•
Impossible système verrouillé
Remarque : si le montage du primaire du transformateur est en D, les valeurs
mesurées sont
2.𝑅𝑡
3
Une fois, les deux circuits sont vérifiés, vous pouvez mettre sous tension.
122
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
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123
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
LEXIQUE
CABLE (ISOLE)
Un câble électrique est constitué d’un ou plusieurs conducteurs isolés ou non isolés,
réunis dans une gaine protectrice simple ou double.
CABLE UNIPOLAIRE
Câble comprenant un seul conducteur isolé. Le terme câble unipolaire est plus
particulièrement utilisé pour désigner le câble d’une phase d’un système triphasé.
CABLE MULTIPOLAIRE
C’est un ensemble de plusieurs conducteurs électriquement réunis par une seule
protection isolante commune.
CANALISATION
Une canalisation est un ensemble constitué de plusieurs conducteurs ou câbles
électriques.
COURANT NOMINAL
L’intensité de courant absorbée par un récepteur fonctionnant dans des conditions
normales, ce courant est déterminé à partir de la puissance nominale donnée par le constructeur.
COURANT ASSIGNE
Valeur du courant que l'équipement peut supporter de façon permanente sans dépasser
l'élévation de température autorisée par les normes. 630 A efficace par exemple (IEC 60909).
COURANT ADMISSIBLE
C’est le courant maximal que peut supporter un conducteur sans risque de se détériorer
et perdre ses caractéristiques techniques. Ce courant dépend essentiellement de la température et
le mode de pose.
COURANT D’EMPLOI
Il est défini comme étant le courant d’utilisation absorbé par l’appareil en appliquant un
facteur au courant nominal dit facteur d’utilisation.
SURINTENSITE
Elle se manifeste de deux façons différentes : la surcharge et le court-circuit :
124
Mohammed Mekhanet
Schémas et Appareillages Électriques Cours, TD & TP
SURCHARGE
La surcharge, est un courant électrique dépassant le courant normal supporté par
l’appareil, mais il peut être supporté dans un intervalle de temps. Le courant de surcharge n’est
pas considéré comme une anomalie de fonctionnement, mais il faut prévoir la protection
nécessaire contre les surcharges.
COURT-CIRCUIT
Le courant de court-circuit, est un courant de très forte intensité supérieure à l’intensité
normale supporté par l’appareillage électrique, il se manifeste quand deux conducteurs de
polarités différentes sont mis en contact. Cela entraîne des contraintes électrodynamiques et un
échauffement important par effet joule.
POUVOIR DE COUPURE
C’est la valeur efficace du courant que puisse interrompre le dispositif de protection. Il
doit être au moins égal au courant du court-circuit présumé au point d'installation.
POUVOIR DE FERMETURE
C’est la valeur efficace du courant que l’appareil sensé de fermer un circuit électrique peut
établir selon les conditions prévues par la norme.
TENSION DE SERVICE
Tension efficace appliquée aux bornes du matériel.
TENSION NOMINALE
Valeur maximale de la tension efficace que l'équipement peut supporter de façon
permanente.
TENSION NOMINALE D'ISOLEMENT
Tension nominale d'isolement à la fréquence réseau pendant 1 mn, valeur efficace en kV :
définit le niveau de surtension que l'équipement peut supporter pendant 1 mn. À 50 kV par
exemple.
LIAISON EQUIPOTENTIELLE
La liaison équipotentielle, c’est une protection permettant d’annuler le potentiel électrique qui
peut subsister au niveau de chaque élément conducteur, évitant ainsi les risques d'électrisation.
ISOLATION FONCTIONNELLE :
Isolement nécessaire seulement pour le fonctionnement correct du matériel. Elle ne
protège pas contre les décharges électriques (par exemple : 1.5 mm entre deux pistes sur une carte
électronique).
125
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