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Marc ODDON, Daniel HILAIRE, Pierre CANAT 08/11/2016

Cours Energie 1

Cours Energie, partie 1

Schéma et Appareillage

Département Génie Electrique, IUT1 de grenoble

Glossaire

� Conducteur actif : conducteur affecté à la transmission de l’énergie, électrique. Peut être porté à un potentiel dangereux. (Phases, neutre)

� Conducteur neutre : c’est un conducteur actif dont le potentiel est proche de celui de la terre en l’absence de défauts.

� Masse : Partie conductrice susceptible d'être touchée et normalement isolée des parties actives mais pouvant être portées accidentellement à un potentiel dangereux ou non.

� Terre : c’est l’équipotentielle de référence. Pour éviter d’être porté à un potentiel dangereux, les masses sont reliées à la terre par un des schéma normalisé (TT, TN, IT)

2


Cours Energie 2

Les installations basse tension� La distribution électrique

◦ Un poste de transformation adapte l’amplitude de la tension aux besoins des utilisateurs

◦ Des câbles distribuent l’énergie dans les différentes salles

◦ Des armoires ou tableaux contiennent l’appareillage nécessaire à la commande et à la protection.

◦ Cette architecture de distribution est appelée « Radiale arborescente »

Les courts circuits proches de la

source sont très violents.

Les faibles surcharges peuvent ne pas êtredétectées

Les installations « basse tension »

� les canalisations sont protégées:◦ Contre les court-circuits

◦ Contre les surcharges

� Les personnes sont protégées:◦ Contre les défauts d’isolation.

� Les récepteurs ◦ Ils sont alimentés en triphasé

(400V) ou monophasé (230V).

◦ Leurs masses métalliques sont reliées au même potentiel (souvent la terre) par un conducteur de protection (vert-jaune)

Phases : L1, L2, L3 (Line)Neutre : N (Neutral)Terre : PE (Protection Earth)


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Appareillage Basse Tension

5

L’appareillage associé à chaque circuit doit assurer les 3 fonctions suivantes :

Remarques :un appareil peut assurer une ou plusieursfonctions.

Le symbole nous renseigne clairement surles fonctions assurées par l’appareil.

1) Isoler le circuit de son alimentation

2) Autoriser ou interrompre le passage du courant en fonctionnement normal.

3) Protéger les circuits et les personnes

1. Isoler de l’alimentation

� Séparer du réseau amont par un sectionneur :

◦ Coupure visible

◦ Condamnation possible en position ouverte : consignation

� Attention, le sectionneur ne doit pas être manœuvré en charge !

� Il peut être associé à un porte fusible : protection (court-circuit et surcharge)


Cours Energie 4

Sectionneurs :

7

Sectionneurs utilisés dans le tertiaire et l'industrie, à équiper de cartouches de type aM ou gG (gL ou gl), avec ou sans témoin de fusion, pour une protection contre les surcharges et les courts-circuits.

Pour les versions bi, tri et tri + neutre, le sectionnement omnipolaire est assuré lors de l’assemblage en usine.

2. Commander

� Un appareil de commande est un appareil mécanique deconnexion, capable d’établir, de supporter etd’interrompre des courants dans des conditionsnormales du circuit y compris les conditions de

surcharges en service.

8

Etablir

Le courant

Supporter Interrompre


Cours Energie 5

Relais et contacteurs

9

S1

contacts

Bobine 24V AC

I = 0 I = In

Action sur le BP S1Source de tension 24V AC

Contact normalement fermé au repos : NC

Contact normalement Ouvert au repos : NO

Contacts, commandés par l’électroaimant

Symbole des relais et contacteurs

10

KM1

1 3 5

2 4 6

A1

A2

Contacteur tripolaire

13

14

23

24

31

32

41

42

NC NCNO NO

A1

A2

KA1Relais auxiliaire 2NO 2NC

A1

A2 2422

21

Relais ( 1 R T) un contact Repos - Travail


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Je retiens :

11

• Circuit de puissance : 1 chiffre• Bobine de commande : A1-A2• Contacts auxiliaires utilisé par la partie commande : 2 chiffres• Une numérotation logique : le contact de puissance est

toujours entre 1 et 2, 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8…de même pour les auxiliaires : 11 et 12, 13 et 14…

Normally close : NC Normally Open : NO

11-12 13-14

15-16 17-18

21-22 23-24

25-26 27-28

31-32 … etc. 33-34 …etc.

Qu’est –ce : ?

+ Catégories d’emploi

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Les catégories d'emploi normalisées fixent les valeurs de courant que le contacteur doit établir ou couper.Elles dépendent :• de la nature du récepteur contrôlé : moteur à cage ou à bagues,

résistances…• des conditions dans lesquelles s'effectuent les fermetures et ouvertures :

moteur lancé, arrêté ou en cours de démarrage, inversion de sens de marche, freinage en contre courant…

Catégorie AC-1 :Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant alternatif(récepteurs),dont le facteur de puissance est au moins égal 0.95 (cos ϕsupérieur ou égal à 0,95)Exemple d'utilisation : charge résistive, chauffage, distribution.

Catégorie AC-3Elle concerne les moteurs à cage dont la coupure s'effectue moteur lancé.Exemple d'utilisation : tous moteurs à cage courants, ascenseurs, escaliers roulants, bandes transporteuses, élévateurs à godets, compresseurs, pompes, malaxeurs, climatiseurs, etc...


Cours Energie 7

3. Protéger

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� Protection des personnes : contre les risques

d’électrisation.

� Electrisation : contact d’une personne avec un

conducteur ou une pièce conductrice nue sous tension.

� Protection des biens :

� Court circuit

� Surcharge

� Le Pouvoir de coupure :

Le pouvoir de coupure d’un appareil

correspond au courant maximal qu’il est

capable d’interrompre pour une tension

donnée. Il s’exprime en kA.

Les appareils à fort PdC sont les fusibles et

les disjoncteurs.

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Z1

V

Is

�

��â��

Avec Icc=�

��â��

tdéfaut

In

Icc

t

i

Icc = K ’. In avec 100 < K ’< 50.103

Courts-Circuits

Le courant de court-circuit dépend de l’impédance du circuit (source + câble+ défaut) et peut prendre des valeurs très élevées en très peu de temps !• L’effet thermique est dangereux pour les isolants des câbles• La force électromagnétique crée par ces courants peut arracher des

ancrages…

Vidéo : coupure

Vidéo : efforts électrodynamiques


Cours Energie 8

SURCHARGE

� Is=K . In avec 2<K<10

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VZ1

Is

Z2 Z3

Is=I1+I2+I3

Trop de récepteurs branchés sur une canalisation électrique

Moteur triphasé

Charge

L1 L2 L3

Un récepteur auquel on demandeune puissance supérieure à sa puissancenominale absorbera une intensitésupérieure à son intensité nominale

i

In

Is

tdéfaut

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Fusibles:Cartouches type aM, gG (gL ou gl).

Protections des biens

Relais thermique

disjoncteurs iC60 :

Disjoncteurs 0,5 à 63 A destiné aux applicationstertiaires et industrielles en tarif jaune et tarif vert.

2P série C60 ancienne 1P+N série

Contacts auxiliaires :95-96 : NC97-98 : NO


Cours Energie 9

La protection contre les courts circuits : le fusible

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Symbole:

Principedefonctionnement:Principe de fonctionnement :

• Le fusible est constitué d’une lame fusible dans une enveloppe fermée.• Cette lame fusible fond quand le courant qui la traverse dépasse la valeur

assignée.• L’enveloppe, contient du sable (silice) permettant de faciliter la coupure de

l’arc électrique et éviter ainsi que le courant continue à passer…

N° Désignation

1 Tube

2 Capsule de contact

3 Disque de centrage de la lame fusible

4 Plaquette de soudure liant capsule 2 et Lame fusible 5

5 Lame fusible

6 Sable (Silice)

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Caractéristique temps-courant :

Inf I f

avec : Inf : intensité de non fusion,I f : intensité de fusion.

Exemple de caractéristiquesdes cartouches fusibles de type gG

Les deux échelles sont logarithmique :• En abscisse : la valeur efficace du

courant• En ordonnée : le temps


Cours Energie 10

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Courbes de fusion : Cartouche cylindrique de type gG

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

Un fusible de calibre 16 A fond pour une intensité de 50 A au bout de 1 s

20

Courbes de fusion : Cartouche cylindrique de type AM

Un fusible de calibre 10 A commence à fondre à partir de 480 A

au bout de 60 s.

480

Un fusible de calibre 16 A fond pour une intensité de 1000 A au bout de 1 s

Les surcharges ne seront pas prisent en compte par ce fusible !


Cours Energie 11

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fusibles moyenne tensionFusible miniature Fusible temporisés

Fusible de protection pour semi-conducteur

La protection contre les surcharges : le relais thermique

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1 3 5

2 4 6

F97

98

95

96

commandepuissance

� Arrivée du courant � Système de déclenchement � Réglage du calibre de déclenchement � Départ courant � Elément bi-métallique � Contact auxiliaire � Bouton de réarmement

67

Symboles

2 chiffres


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Courbes de déclenchement d’un relais thermique Classe 10 A

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� ∙ t

Protection contre les surcharges,Energie dissipée dans le conducteur proportionnelle à :

��∙ t

Disjoncteur Basse TensionDisjoncteur Basse Tension

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Disjoncteur bipolaire : (2 pôles protégés)

Protection contre les court-circuit : déclencheur magnétique

Protection contre les surcharges : déclencheur thermique

Souvent, on ne dessine pas les déclencheurs :

Et le disjoncteur est aujourd’hui aussi sectionneur


Cours Energie 13

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Le disjoncteur est constitué :

• des pièces enveloppes :- coquille (1)- couvercle• de pièces spécifiques :- chambre de coupure (2)- tôle d’arc (3)- vis de réglage (4)- sous-ensemble serrure (5)• d’ensembles variables :- sous-ensemble thermique (6)- sous-ensemble magnétique (7)• de pièces de finition :- clip de marquage- ressort et loquet bistable (8)

26Source : documentation Hager, le disjoncteur divisionnaire


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Les Déclencheurs :

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Les déclencheurs sont de deux sortes :

Les déclencheurs « magnéto-thermiques »:En condition de surcharge, l ’échauffement significatif en fonction de l ’intensité provoque le déclenchement grâce à un élément « thermo-mécanique » : le bilame.

En condition de court-circuit, à partir d ’une certaine intensité (supérieure au courant de surcharge), le déclenchement est assuré quasi instantanément par un circuit magnétique qui actionne un noyau.


Cours Energie 15

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Les déclencheurs « électroniques »dont l’intérêt est d’obtenir :une plus grande précision des seuils de déclenchement (courbe dedéclenchement réglables selon l’utilisation).

Exemples de Disjoncteurs :

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Pouvoir de coupure C60 :

- type A : 3 kA selon NF C 61-410, EN 60-898, 5 kA selon CEI 947-2 - type N : 6 kA selon NF C 61-410, EN 60-898, 10 kA selon CEI 947-2 - type H : 10 kA selon NF C 61-410, EN 60-898, 15 kA selon CEI 947-2- type L : jusqu'à 25 kA selon CEI 947-2.

C 60,disjoncteurs 0,5 à 63 A destiné aux applications tertiaires et industrielles.

Disjoncteurs protection moteurs, PM 25M, AC3


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Disjoncteurs à protection différentielle

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disjoncteurs à différentiel intégré DDI

Disjoncteur de tête de tableau pour des puissances inférieures à 36 kW.Version différentiel sélectifs : sélectivité totale avec les dispositifsdifférentiels installés en aval, installation d'un parafoudre immédiatement enaval du disjoncteur sans risque de déclenchements intempestifs.Version différentiel instantané : protection des personnes contre lescontacts indirects et des installations contre les défauts d'isolement.

disjoncteurs différentiels Déclic Vigi

Disjoncteurs différentiels 2 à 32 A. Pouvoir de coupure : 3kA selon NF C 61-410,EN 60-898.

Destinés aux applications domestiques alimentées en tarif bleu. Conseillés pourla protection des prises de courant dans les locaux à risques : cuisine, sous-sol,garage, chambre d'enfant...

Protection des personnes contre les contacts indirects ou directs (30 mA) et desinstallations électriques contre les défauts d'isolement. Sélectivité verticale avecun disjoncteur de branchement sélectif ou un dispositif différentiel sélectif placéen amont.

Courbe de déclenchement :Courbe de déclenchement :

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1 : Courbe de déclenchement thermique.2 : Courbe de déclenchement magnétique.

Un courant supérieur à In ( I / In >1) entraîne le déclenchement du disjoncteur.Exemples:- I / In = 3 la protection est assurée par le déclencheur thermique dans un temps t1.- I / In = 15 la protection est assurée par le déclencheur magnétique dans un temps t2.


Cours Energie 17

33

Synthèse

34

Source : sitelec.orgAbati


Cours Energie 18

Disjoncteurs Compact NS100

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Conformité aux normes : CEI 947-2 et EN 60947-2, aptitude ausectionnement, tension assignée d'emploi (Ue) : 690 V,

catégorie d'emploi : A, protection contre les surintensités réglable: 12,5...100 A,

protection différentielle avec bloc Vigi , déclencheurs interchangeables, 4 fonctions différentes de signalisation et mesure.

Disjoncteurs bi, tri et tétrapolaires destinés à laprotection de la majorité des circuits jusqu'à100 A grâce aux nombreux éléments associables(déclencheurs,auxiliaires...).

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Protection contre les surintensités résultant

Peuvent évoluer en

De défauts ou d’une augmentation de la puissance absorbée par

les appareils d ’utilisation

De défauts francs entreconducteurs de polarités

différentes

SURCHARGES COURTS-CIRCUITS

Courants peu élevés, mais avec le temps provoquent un

échauffement nuisible aux conducteurset à leur environnement

Courants de forte intensité susceptibles de détériorer trèsrapidement les canalisations et

provoquer des dégâts aux objetsavoisinants

Protection lente Protection Rapide


Cours Energie 19

37

SURCHARGES COURTS-CIRCUITS

Protection lente Protection Rapide

Coupe circuit à fusibles GgDisjoncteurs

Protection à la fois contre les surcharges et les courts-circuits

Contacteurs ou disjoncteurséquipés de relais thermiques

Disjoncteurs ou discontacteurs

équipés de relaismagnétiques

Coupe circuit àfusibles AM

ou Gg

4. Rôle des schémas� Les schémas donnent rapidement, sous une forme

simplifiée, une idée claire et précise du fonctionnementd'une installation électrique et de l'établissement de sesconnexions.

� Un schéma comporte :◦ des SYMBOLES : qui représentent des éléments

d'équipements, des machines , des appareils, des organes demachine ou d'appareil.

◦ des TRAITS : qui représentent des connexions électriques(trait continu) , des liaisons mécaniques (trait discontinu) ou desconditions d'interdépendance entre les éléments précédents(trait mixte).

◦ Des REPERES : qui permettent d'identifier des appareilsou organes d'appareils, des bornes et les conducteurs quiaboutissent à ces bornes.

38


Cours Energie 20

Les schémas : de principe unifilaire

39

Code des couleurs pour les conducteurs (NF C 04-201)

� Les conducteurs de phases peuvent être de toutes les couleurs sauf bleu clair, vert, jaune, bicolore vert/jaune.

� Liste des couleurs des conducteurs (CEI 757) :

40

Couleurs Codes Couleurs CodesNoir BK Bleu et Bleu clair BU

Brun (marron) BN Violet VTRouge RD Gris GROrange OG Blanc WHJaune YE Vert et Jaune GNYEVert GN Rose PK


Cours Energie 21

Les conducteurs :� Le conducteur neutre est bleu clair.

� En l'absence d'un conducteur neutre, un conducteur bleu clairpeut être utilisé pour d'autres usages excepté commeconducteur de protection.

� Les conducteurs de Protection Electrique (PE) sont bicolorevert/jaune.◦ NOIR : Circuits de puissance en courant alternatif et en

courant continu.

◦ ROUGE : Circuit de commande en courant alternatif.

◦ BLEU : Circuits de commande en courant continu.

◦ ORANGE : Circuits de commande de verrouillage alimentés parune source de puissance externe.

41

Repérage des conducteurs

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Désignation des conducteurs Repères Désignation des conducteurs RepèresPhase 1 L1 Conducteur de protection PE

Alternatif Phase 2 L2 Conducteur de protection etconducteur neutre confondus

PEN

Phase 3 L3 Conducteur de terre ENeutre N Masse, châssis MMPositif L+

Continu Négatif L-Médian M


Cours Energie 22

Schémas d’alimentation d ’un moteur asynchrone triphasé :

43

Schéma de puissance

NO NC

97

98

95

96

FTRelais thermique 1 3 5

2 4 6

1 3 5

2 4 6

KM1 contacteur

1 3 5

2 4 6Q disjoncteur

Schéma de commande

44

97 98

H1

1 2

KM1

13 14

KM1

3 41 295 96

FTA1 A2

S1 S2

Équation à arrêt prioritaire KM1 = FT. S1. ( S2 + KM1)


Cours Energie 23

Deux types de coupures� Coupure en charge (un courant circule dans le circuit électrique) :

� Ici seul le contacteur KM1 peut ouvrir le circuit en charge.

� Coupure à vide, et donc séparation de l’installation du réseau amont :◦ Sectionneur porte fusible : ouverture exclusivement à vide.

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M3∼

I = 0

KM1

Q1

Circuit ouvert mais sous tension

M3∼

I ≠≠≠≠ 0

KM1

Q1

Circuit en charge

M3∼

I=0

KM1

Q1

Montage hors tension

Bibliographie

� CD distribution électrique

Marc Oddon/Daniel Hilaire IUT1 Grenoble

� Cahiers techniques Schneider

� Notices Hager

� G. Aumon (IUT de Nantes)

� http://sitelec.org/cours/abati/disj.htm

� http://fr.wikiversity.org

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