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8/16/2019 comt11_20alim_20lotissement

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Étude de l'alimentation d'un lotissementS1 : Distribution de l'énergie électrique.

S1-3 : Les postes de transformation (Taxonomie 2)Les transformateurs (Tx 3)Schémas de Liaison à la Terre T.T. (Tx 3)

1ELEEC Communication

Techniquen°11-p1/8

BAC Pro Électrotechnique, Énergie, Équipements communicants P.L. L.P. "Les Canuts", Vaulx-En-Velin

A la fin du cours, vous devrez être capable de :Identifier les classes de tension

Justifier le changement de tensionDécoder le schéma d'un poste de transformationRecueillir les informations caractérisant un transformateur et représenter les couplages coté H.T. et coté B.T.Reconnaître un schéma de liaison à la terre (S.L.T.) de type T.TJustifier la constitution et le comportement du circuit en cas de défautCalculer la valeur ohmique de la prise de terre

1 PRÉSENTATION

L'installation étudiée concerne l'alimentation en électricité d'un lotissement de 75 maisons individuelles type 5.Les contrats de souscription à E.D.F. sont d'une puissance de 6 kW en 230 V monophasé tarif bleu option heurecreuse.La consommation d'énergie électrique étant liée à l'utilisation des appareils "blancs" (électroménager, chauffage),"bruns" (TV, Hifi) et "gris" (informatique, bureautique), le facteur de puissance moyen peut-être considéré égale à0,96.

Les installations ont été réalisées conformément à la recommandation Promotelec avec un maximum de 5 pointsd'utilisation par circuit et en respectant le tableau suivant :

Nombre minimal de circuits Nombre de

piècesFoyer

lumineuxPrises 16 A Lave-linge

Lave-vaisselle

Appareil decuisson*

Chauffe-eau

1 ou 2 1 2 1 1 1 13 2 3 1 1 1 1

4 2 4 1 1 1 15 2 5 1 1 1 16 3 5 1 1 1 1

* si le four est indépendant prévoir un second circuit.

Compte tenu du fait que tous les appareils de l'installation ne fonctionnement pas tous en même temps, laréglementation préconise un facteur de simultanéité en fonction de l'utilisation. Dans notre étude nous retiendronsles puissances et coefficients suivants :

Foyerlumineux

Prises 16 A Lave-lingeLave-

vaisselleAppareil de

cuissonChauffe-

eauPuissance par élément 75 W 3000 W 3000 W 3000 W 4500 W 3000 W

Facteur de simultanéité 1 0,1+0,9/N 0,75 0,75 0,7 1

Bilan des puissances à prendre en compte (appliquer un coefficient de 1/3 sur la puissance totale) :

Foyerlumineux

Prises 16 A Lave-lingeLave-

vaisselleAppareil de

cuissonChauffe-eau Total

Puissance totale à délivrer aux 75 maisons du lotissement :

10800 x 75 = 810 kW


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2 ALIMENTATION PAR LE RÉSEAU E.D.F.

Étant donné la puissance à fournir, E.D.F décide d'alimenter ce lotissement à partir d'un poste detransformation. Il existe 3 possibilités de raccordement : installation en antenne ou simple dérivati on réservée pour la distribution publique rurale en HT

par des lignes aériennes.

HTB

63Kv

HTA

20Kv

HTA

20Kv

BTA

380v

installation en coupure d’artère ou boucle fermée (série) réservée pour la distribution publique

en zone urbaine et en sous terrain. L'alimentation est assurée par 2 voies en parallèle.

installation en double dérivation ou en double antenne réservée pour la distribution publiquedans de grandes villes en extension et en sous terrain.

63 kV 20 kV 400 V20 kV

HTB

63 kV

HTA

20 kV

Sectionneur ouvert

Sectionneur fermé

HTB

63 kV

HTA

20 kV

Sectionneur ouvert

Sectionneur fermé

Antenne 1

Antenne 2

Suite du

réseau


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Schéma de raccordement du poste de transformation du lotissement au réseau E.D.F.

Le raccordement retenu est de typecoupure d'artère ou boucle fermé.

Ce type de branchement permet d'isoler une partie duréseau en cas de défaut ou pour des opérations demaintenance et d'assurer une continuité de service.Lors de la consignation d'une partie de l'installation sur leréseau H.T., l'étape de mise à la terre est obligatoire d'où lareprésentation des sectionneurs de mise à la terre sur leschéma.

3 ÉTUDE DU TRANSFORMATEUR

Il existe deux technologies de fabrication du transformateur : transformateurs secs enrobés transformateurs immergés

Technologie sec :L’isolation des fils est réalisée par des isolants secs. C’est l’air ambiant qui assure le refroidissement. On

imprègne les enroulements dans une résine, puis on applique un durcisseur pour la solidité lors dumontage, et enfin on applique un composé augmentant les propriétés mécaniques et thermiques pour

augmenter la résistance au feu. La température est contrôlée à l'aide de sondes CTP (thermistance àcoefficient de température positif).

Technologie immergée :On assure le refroidissement par huile minérale. Attention cette huile est inflammable !Il faut donc prévoir une protection efficace au niveau de la température. Il existe deux types de

protection : Le transformateur à remplissage total (pour une puissance inférieure à 10 MVA). Dans ce

transformateur la dilation du diélectrique sous l’effet de la chaleur est compensée par la

déformation élastique des ondes de la cuve qui assure en même temps l’échange thermiqueavec l’extérieur. Il faut dans ce cas prévoir une protection contre l’excès de pression et le dégagement gazeux. C’est la protection DGPT2 (Dégagement Gazeux, Pression, Température à deux seuils) avantages :

pas de contact avec l’air (pas d’oxydation)

moins d’entretien et de contrôle

facilité d’installation (moins encombrant)

protection simple (DGPT2)

Le transformateur Respirant avec conservateur (obligatoire pour une puissance supérieureà 10 MVA). Dans ce transformateur la dilatation du diélectrique se fait dans un réservoird’expansion (le conservateur) placé au dessus de la cuve. Le diélectrique est en contact avec

l’air, ce qui facilite les échanges thermiques.

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Le transformateur retenu pour l'alimentation du lotissement est un transformateur sec enrobé triphasédont chacune des phases dessert un secteur de 25 habitations. Les caractéristiques relevées sur le

transformateur sont les suivantes :

3 x 20 kV / 3 x 410 V +N850 kVADyn11

Repérer les domaines de tension du transformateur en se reportant au tableau donné par la normeUTE C 18-510.

Domaine de tension

Valeur de la tension nominaleUn exprimée en Volts

En courant alternatif En courant continuTrès basse tension Domaine TBT Un 50 Un 120

Basse tensionDomaine BTA 50 < Un 500 120 < Un 750Domaine BTB 500 < Un 1 000 750 < Un 1 500

Haute tensionDomaine HTA 1 000 < Un 50 000 1 500 < Un 75 000Domaine HTB 50 000 < Un 75 000 < Un

Primaire : domaine HTA Secondaire : domaine BTA

Justification d'une distribution en HT et de l'utilisation en BT :Pour limiter les pertes par effet joule, fonction du carré de l'intensité (P j = R.I²), l'énergieélectrique est transportée et distribuée en haute tension. En effet pour une même

puissance distribuée P = U.I. 3.cos si U augmente, I diminuePar contre pour des raisons de sécurité, les utilisateurs du domaine domestique sontalimentés en basse tension.

N.B. : On relève sur la plaque signalétique la puissance du transformateur exprimée en VA, il s'agit d'une

puissance APPARENTE car le nombre de spires des enroulements primaire et secondaire définit uncertain rapport de transformation donc une certaine tension secondaire en fonction de la tension primaireet la section des conducteurs utilisés impose une intensité maximale.

Calcul de S : S = P / cos = 810 103 / 0,96 = 843,75 kV.A.La valeur normalisée immédiatement supérieure relevée sur la plaque signalétique du transformateur est

de 850 kV.A.

Couplages : le transformateur triphasé comporte 2 séries de trois enroulements primaires et secondaires.Deux couplages sont donc à réaliser : un au primaire (coté H.T.) représenté par une lettre majuscule D

pour triangle ou Y pour étoile et un au secondaire (coté B.T.) représenté par une lettre minuscule d pourtriangle, y pour étoile ou z pour zigzag accompagné ou non de l'indication n pour signifier que le neutreest sorti ou pas.

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Le couplage est suivi d'un chiffre appelé indice horaire qui caractérise le déphasage de la tensionsecondaire par rapport à la tension primaire. Ce déphasage étant multiple de 30°, il peut prendre l'une des

12 positions de la petite aiguille du cadran d'une horloge d'où la désignation de l'indice horaire.Ainsi l'indication portée sur le transformateur étudié Dyn11 correspond à :

D : primaire couplé en triangle y : secondaire couplé en étoile n : neutre sorti coté secondaire 11 : indice horaire égale à 11 h.

Détermination de l'indice horaire :

1. A partir de la plaque à bornes du transformateur, on flèche tout d'abord les tensions aux bornes desenroulements primaires et secondaires

2. On place ensuite les vecteurs tensions du primaire en positionnant le point A des tensions primaires à0 h sur le cadran d'une horloge, le centre étant le point neutre.

3. Compte tenu du fléchage des tensions aux bornes des enroulements, on trace les tensions secondaireset on positionne les points a, b, c.

4. La direction du point "a" indique l'indice horaire du transformateur.

Quel serait l'indice horaire du transformateur du lotissement si le point étoile du secondaire était réaliséau niveau des bornes a, b et c des enroulements et la sortie de l'autre coté (inversion du sens de chaqueenroulement) ?

N

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a b c

A B C

n

Va V b Vc

UAB UBC UCA

Enroulement B.T.couplé en étoile

Enroulements H.T.couplé en triangle

UAB

UBC

UCA

A

BC

UAB

UBC

UCA

A

BC

11h

N

Va V b

Vc


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4 SCHÉMA DE LIAISON À LA TERRE

L'énergie délivrée aux habitants du lotissement doit répondre aux conditions d'utilisation précédemmentévoquées tout en permettant d'assurer la sécurité des personnes.En effet, il existe deux types de risque concernant les chocs électriques :

Risque de contact direct : contact d'une personne avec une partie active d'un circuit.

Risque de contact indirect : contact d'une personne avec une masse miseaccidentellement sous tension suite à un défaut d'isolement.

En ce qui concerne la protection contre les contacts directs, l'installation et l'appareillage doit êtreconforme la norme NF C 15-100 qui prévoit de mettre les parties actives sous tension hors de portée par

l'utilisation d'isolants ou d'obstacles.En ce qui concerne les contacts indirects il est possible d'utiliser du matériel de classe II dans lequel ilexiste une double isolation.En outre l'équipement doit être doté d'un dispositif de coupure automatique en cas de défaut pouvantengendrer un risque pour les personnes. Ce dispositif est en étroite relation avec le schéma de liaison à laterre ou régime de neutre de l'installation. Dans tous les cas la coupure doit être suffisamment rapide

pour ne pas soumettre à une tension dangereuse les personnes qui toucheraient une masse portée à un potentiel trop élevé (se reporter aux courbes de temps admis en fonction de la tension de contact présumée définies dans le guide UTE C 15-110).

Temps de coupure (s)

50 V < Uc 120 V 120 V < Uc 230 V 230 V < Uc 400 V Uc > 400 V

alternatif continu alternatif continu alternatif continu alternatif continuSchéma TN ou IT 0,8 5 0,4 5 0,2 0,4 0,1 0,1

Schéma TT 0,3 5 0,2 0,4 0,07 0,2 0,04 0,1

La différence entre les schémas de liaison à la terre (S.L.T.) se situe dans le raccordement du neutre dutransformateur à la terre ou isolé et au niveau des masses métalliques de l'utilisation reliées auconducteur de terre ou au neutre.

Dans le cas de la distribution faite aux particuliers par E.D.F. le neutre du transformateur est relié à laterre et les masses de l'appareillage des utilisateurs doivent être reliées au conducteur de terreconformément à la norme NF C 15-100.

On dit que ce schéma est de type T-T

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5 ÉTUDE DU S.L.T. T-T EN CAS DE DÉFAUT

Q1 fermé, tracer le parcours du courant en cas de défaut.

L'intensité de défaut est donc définie par la relation :

Valim : tension simple de l'alimentation du réseauRn : résistance de la mise à la terre du neutre du transformateur E.D.F.

Ru : résistance de la mise à la terre des masses (terre de l'habitation).Rd : résistance de défaut

et la tension de contact présumée est :

Exemple : Réseau 230 V / 400 V ; Rn = 72 ; Ru = 46 ; Rd = 2Calcul du courant de défaut :

Calcul de la tension de contact présumée :

Conclusion :Cette tension est mortelle car supérieure à la tension limite de sécurité imposée parla classification des locaux (50, 25 ou 12 V) elle peut donc entraîner l'électrocution dela personne qui touche la masse de l'appareil en défaut. Il est obligatoire d'utiliser

un disjoncteur différentiel haute sensibilité pour assurer la protection des personnes.

Ru Id Uc

V Ru Id Uc 3,884692,1

Rd Ru Rn

V Id

alim

Q1

RuRn

Rd

Uc

P.E.

N

L3

L2

L1

A

Rd Ru Rn

V Id 92,1

120

230

24672

230alim

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

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Utilisation d'un interrupteur ou disjoncteur différentiel :Grâce à un tore, le différentiel réalise la somme des courants dans les conducteurs actifs et ouvre le

circuit dès qu'un courant de fuite à la terre supérieur ou égale à la sensibilité de l'appareil est détecté.La tension à laquelle est exposé l'utilisateur avant ouverture du circuit est donnée par la relation :

Uc : Tension de contact présuméeI n : sensibilité du différentielRu : résistance de la mise à la terre des masses

Un défaut d'isolement (Rd = 15 ) se produit sur une scie circulaire type grand public. Calculer latension de contact présumée sachant que la résistance de terre de l'habitation est de 100 et que la terreEDF est de 75 . Quelle doit être la valeur du disjoncteur différentiel de la prise d'alimentation de cette

scie située dans le garage (UL = 12 V) pour assurer la protection de l'utilisateur ?

N.B. : on peut remarquer que la valeur de la prise de terre de l'habitation est déterminante lors du

choix du différentiel. En outre la norme prévoit d'équiper tous les circuits domestiques d'uneprotection différentielle haute sensibilité (30 mA).

6 RÉSUMÉ DES POINTS CLÉS DU S.L.T. T-T

Ce régime de neutre présente l'avantage d'assurer parfaitement la sécurité des biens et des personnes,elle ne nécessite pas de personnel qualifié pour entretenir les installations.Par contre, sa mise en œuvre est coûteuse (à cause des protections différentielles), et les installationssont coupées dès le premier défaut.

C'est pourquoi, elle convient parfaitement à toutes les installations devant recevoir du public, et àtoutes les installations faites pour des particuliers non qualifiés en électricité.

Remarque :En régime TT tout appareil qui n'est pas connecté à la terre fait courir un danger de mort pourson utilisateur.

Il est important de s'assurer à la construction que la résistance de la prise de terre est conforme.Une mesure de cette prise de terre peut être effectuée directement, mais l'appareil est difficile à mettre enœuvre. Il existe aussi des appareils permettant de vérifier la boucle complète du courant Ru+Rn et desappareils permettant de s'assurer du bon fonctionnement du disjoncteur différentiel (DT100 parexemple). La combinaison de ces deux appareils permet de s'assurer que les normes sur laclassification des locaux sont bien respectées.

Run I Uc

V Id RuUc A Rd Ru Rn

Va Id 12121,110021,1

190

230lim

mAn I A Ru

Ucn I 10012,0

100

12

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