Etude dune installation de distribution électrique.

Etude d’une installation de

distribution électrique

Etude d ’une installation électrique1- objectif de l ’étude

• Détermination précise et choix des canalisations

• Calcul et choix des protections électriques

• De l ’origine de l ’installation aux circuits terminaux

• Assurer la sûreté de l ’installation

Critères de validation de l ’étude :


1-1 véhiculer le courant d'emploi permanent et ses pointes transitoires normales

Ietemps

courant fermeture

Id = 6xIn

Durée du démarrage



1-2 ne pas générer de chutes de tension susceptibles de nuire au fonctionnement de certains récepteurs, et amenant des pertes en ligne onéreuses

U transfo U charge

U = U transfo - U charge

Si U trop grand, U charge insuffisant

I



1-3 protéger la canalisation pour toutes les surintensités jusqu'au courant de court-circuit

courant

temps

Ie Icc

surintensité

Zone normaled ’emploi

Zone de contrainte de la canalisation



1-4 assurer la protection des personnes contre les contacts indirects

(SLT IT ou TN)

Etape 1

Etude d ’une installation électrique2- méthode de travail

2-1 Déterminer les calibres In des déclencheurs des disjoncteurs

Calibre de déclenchement

Etape 2


2-2 Déterminer les sections des câbles

Section matière

Etape 3


2-3 Déterminer la chute de tension

U transfo U charge

U = U transfo - U charge = %Z et %I

I

Z = R2 + X2

V transfo

V charge

V

i

Xi sinRi cos

Ri

Xi

Etape 3


2-3 Déterminer la chute de tension

Etape 4


2-4 Déterminer les courants de court-circuit

L1L2L3N

À tous les points de l ’installation

Etape 5


2-5 . Choisir les dispositifs de protection

Etape 6


2-6 Vérifier la sélectivité des protections

Etape 7


2-7 Vérifier la protection des personnes

Ouvrir le circuit

Etude d ’une installation électrique3- l ’étude

3-1 Détermination des calibres In des déclencheurs des disjoncteurs

• Puissance demandée • Courant d ’emploi• Calibre du déclencheur

S

Puissance apparente à véhiculer

Courant d’emploi

Courant assigné du dispositif de protection

IB

In

Réseau aval.



Puissance apparente à

véhiculer

Le bilan des puissances global donne

• la puissance à souscrire,

• la puissance des alimentations ( transformateurs, génératrices… )







Le bilan des puissances aux tableaux donne

• la puissance qui transite à chaque niveau de l ’installation

• la puissance pour le dimensionnement des tableaux divisionnaires



P1+P2+P3+…+Pn = P installée

La puissance installée.

C ’est la somme des puissances

nominales de tous les récepteurs de

l’installation.

Ce n’est pas la puissance Ce n’est pas la puissance d’utilisation réellement absorbée d’utilisation réellement absorbée

par l’installation.par l’installation.



La puissance absorbée.

La puissance absorbée (S en VA) par un récepteur est :

la somme vectorielle des

puissances réellement absorbées par ce récepteur.



La puissance absorbée est composée de :

- La puissance réactive Q le volt ampère réactif (VAR)

sert à l’alimentation des circuits magnétiques ( magnétisation des circuits )

- La puissance active P en Watt (w)

se transforme intégralement en énergie (chaleur, travail…)

V

V : Tension simple. I abs: Courant en ligne.Cos Déphasage entre le courant en ligne et la tension simple.

P

IabsIr

Ia

SQ




Puissance absorbée ou puissance apparente est :

la puissance de dimensionnement des composants de l’installation de

distribution de l’énergie électrique.

Continu

P = U I

Monophasé

P = U I cos

Triphasé

P = 3 U I cos

Q = U I sin Q = U I sin

Rappels des relations de puissance.

S = P = U I S = U I = (P² + Q²) S =3 U I = (P² + Q²)

La puissance absorbée S par un récepteur doit absolument tenir compte des deux composantes actives et réactives.




Si la puissance qui vous est donnée est la puissance utile d’une charge, il faut impérativement tenir compte du rendement de la charge.

S nominale = P utile / ( cos )



La puissance d ’utilisation.

Tous les récepteurs ne sont pas forcément utilisés en même temps ni à pleine charge.

Les facteurs Ku et Ks permettent de déterminer la puissance d’utilisation maximale qui sert à dimensionner l’installation.



La puissance d ’utilisation - coefficient d ’utilisation

80% de la puissance nominale est utilisée par la charge

==> ku = 0,8

100 % de la puissance nominale est utilisée par la charge ==> ku = 1

P utilisée = Pn x ku

Q utilisée = Qn x ku

S utilisée = Sn x ku

Le coefficient d’utilisation ku représente

le rapport entre la puissance réellement utilisée par un récepteur et sa puissance nominale.



La puissance d ’utilisation - coefficient de simultanéité

Si M1 et M2 peuvent fonctionner en même temps alors Ks = 1 sinon Ks = 0,5

Le coefficient de simultanéité Ks s’applique à

des ensembles de récepteurs et représente le nombre de récepteurs fonctionnant de façon simultanée.



La puissance d ’utilisation - coefficient de simultanéité

Le facteur de simultanéité s'applique à chaque regroupement de récepteur :

• tableau terminal, • tableau divisionnaire, • armoire

Ce facteur implique la connaissance détaillée de l’installation et de ses conditions d’exploitation.

Le coefficient de réserve Kr peut parfois être utilisé lors de l’évaluation du bilan des puissances.

Ce facteur peut s’appliquer :

à tout ou partie de l’installation

et représente les extensions futures qui pourront être faites sans modification de l’installation.



La puissance d ’utilisation - coefficient de réserve



La puissance d ’utilisation - estimation

la puissance véhiculée en tout point d’une installation est basée sur la méthode de Boucherot.

somme des puissances actives en les minorant des Ku et Ks et en les majorant

éventuellement de Kr.

somme des puissances réactives en les minorant des Ku et Ks et en les majorant

éventuellement de Kr.

22 )()( KrKuKsQKrKuKsPonPutilisatiS

• Le transformateur

• Le contrat d ’abonnement auprès du distributeur.



Le bilan des puissances étant effectué, on choisit :

Exercice Bilan de puissanceDépart 1 : Circuits annexes: Puissance absorbée : 50 KVA, cos = 0,8 Départ 2 : Aspiration : Surpresseur 1 : moteur de 250 KW (cos = 0,92 , = 0,94) Surpresseur 2 : moteur de 500 KW (cos = 0,92 , = 0,94) Compresseur et sas alvéolaire: dont la somme des puissances utiles est de 55 KW ( = 0,89, cos = 0,89 ). Départ 3 : Transport de matière: 3 moteurs ( transporteur à bande, dépoussiérage 1 et dépoussiérage 2) pour le transport de la matière qui demandent ensemble une puissance de 40 KVA avec un cos de 0,85. Départ 4 : Mât de charge: 4 moteurs pour le mat de charge qui demandent ensemble une puissance de 80 KVA avec un cos de 0,88.

Départ 5 : Treuils télescope: treuil télescope vertical : moteur de 8 KW ( = 0,85 , cos = 0,83, Ku = 0,8 ) treuil télescope horizontal : moteur de 15 KW ( = 0,89 , cos = 0,86, Ku = 0,75 ) Départ 6 : Translation par 4 bogies: 4 moteurs de 15 KW chacun ( = 0,87 , cos = 0,89 ) pour la translation de la déchargeuse Départ 7 : Enrouleurs: 3 KVA (cos = 0,84 ) sont demandés par les moteurs des enrouleurs (force et contrôle) Départ 8 : Relevage et orientation flèche: 20 KVA (cos = 0,91 ) sont demandés par le moteur de la centrale hydraulique pour le relevage et l'orientation de la flèche

S


Courant d’emploi


IB

In

Réseau aval.



Courant d’emploi

Le courant d ’emploi



On peut ensuite calculer les courants Ib traversant toutes les canalisations.

Le courant d ’emploi



Au niveau de la source on prend Ib = In du transformateur.Au niveau des circuits

divisionnaires on calcul le courant en prenant la puissance

apparente de la canalisation considérée.

Ib1 = S1 / ( 3 U )

Ib2 = S2 / ( 3 U )

Pour les circuits terminaux on prend le courant nominal du

récepteur

S


Courant d’emploi


IB

In

Réseau aval.



Courant assigné du

dispositif de protection



Après avoir calculer tous les courants, on peut déterminer les calibres des disjoncteurs.

BRN IIouI

IN

Calibre des disjoncteurs



Les constructeurs donnent en général des tableaux qui permettent de déterminer directement les calibres des disjoncteurs terminaux en fonction de la puissance et de la nature du récepteur.

Lampes à incandescence et appareils de chauffage

Moteurs asynchrones

Calibre des disjoncteurs



Pour les autres départs, il suffit de vérifier la relation

In > Ib

et prendre le calibre existant dans les tableauxde choix des disjoncteurs.

Autres départs

Ex : Ib = 100A

Calibre des disjoncteurs - déclassement en température



Il faut vérifier le déclassement en température des calibres (tableaux fournis par les constructeurs.)

L’intensité maximale admissible dans un disjoncteur dépend de la température ambiante d ’utilisation

La température ambiante est la température qui règne à l’intérieur du coffret ou du tableau dans lequel sont installés les disjoncteurs.

Exemple

C60N, courbe C, de calibre 20 A installé sur châssis nu dans un local où la température ambiante est de 35 °C

l’intensité d’utilisation à ne pas dépasser est de : 19,4 A.

19,4

Exercices : Déterminer les courants d’emploiet le calibre des protections

On désire choisir le câble d’alimentation terminal du treuil télescopique horizontal : moteur de 15 KW ( = 0,89 , cos = 0,86, Ku = 0,75 )

Moteurs asynchrones


3-2 Détermination des sections des câbles

Détermination de la section technique des conducteurs susceptibles de véhiculer Iz à

l’aide du courant équivalent I’z = Iz / K

Vérification éventuelle de la contrainte thermique.

Choix du type de câble.

( âme, isolant…)

Détermination des coefficients et de la lettre de sélection.

InCourant assigné du dispositif

de protection

Détermination du courant admissible Iz

FusibleIz = 1,31 In si In <10AIz = 1,21 In si 10 < In < 25AIz = 1,10 In si In > 25A

Disjoncteur

Iz = In

Iz



Déterminer une lettre de sélection qui dépend du conducteur utilisé et de son mode de pose

Déterminer un coefficient K qui caractérise l’influence des différentes conditions d’installation.

Pour obtenir la section des conducteurs de phase, il faut :

Déterminer le courant admissible par le conducteur Iz



Conducteur et mode de pose


Le mode de pose

La nature de l ’isolant

La nature de l ’âme conductrice



La nature de l ’isolant

Élastomère : caoutchoucPVC : polychlorure de vinylePR : polyéthylène réticuléEPR : butyle, éthylène, propylène



Cuivre o = 1.6 10-8 .mAluminium o = 2.42 10-8 .m

La nature de l ’âme conductrice

Résistivité o



Le mode de pose

Déterminer une lettre de sélection qui dépend du conducteur utilisé et de son

mode de pose

Exemple

câble multipolaire, PRC, trois phases, pose sur corbeau, âme en cuivre, température ambiante de 40°c, trois autre câbles multiplolaires sur le même corbeau, calibre disjoncteur de100A

Lettre de sélection: Lettre E



Mode de pose Catégorie B - 1

Conducteurs isolés dans des conduitsencastrés dans des parois thermiquement isolantes

Conducteurs multiconducteurs dans des conduitsencastrés dans des parois thermiquement isolantes




Conducteurs isolés dans des conduitsen montage apparent

Conducteurs mono ou multiconducteurs dans des conduits en montage apparent




Conducteurs isolés dans des conduits profilésen montage apparent

Conducteurs mono ou multiconducteurs dans des conduits profilés en montage apparent

Conducteur isoles dans des conduits encastrésdans une paroi

Conducteur mono ou multiconducteur dans des conduits encastrés dans une paroi




Conducteurs isolés ou câbles mono ou multiconducteur dans des goulottes fixées aux parois :

en parcours horizontalen parcours vertical




Conducteurs isolés dans des goulottes encastréesdans des planchers.

Câbles mono ou multiconducteurs dans des goulottes encastrées dans des planchers

Conducteurs isolés dans des goulottes suspendues.

Câbles mono ou multiconducteurs dans des goulottes suspendues




Conducteurs isolés,Câbles mono ou multiconducteurs dans des vides de construction

Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits dans des vides de construction

Conducteurs isolés dans des conduits-profilées dans des vides de construction




Câbles mono ou multiconducteurs dans conduits-profilées dans des vides de construction

Conducteurs isolés dans des conduits-profilées noyés dans la construction

Câbles mono ou multiconducteurs dans des conduits-profilées noyés dans la construction

Câbles mono ou multiconducteurs dans faux-plafondsdans plafonds suspendus




Câbles multiconducteurs encastrés directementdans des parois thermiques isolantes

Conducteurs isolés, dans des conduits ou câbles multiconducteurs dans des caniveaux fermés en parcourshorizontal ou vertical

Câbles mono ou multiconducteurs dans des caniveaux ouverts ou ventilés




Conducteurs isolés, dans des moulures

Conducteurs isolés ou câbles mono ou multiconducteurs dans des plinthes rainurées

Conducteurs isolés, dans des conduits ou câbles mono ou multiconducteurs dans les chambranles

Conducteurs isolés, dans des conduits ou câbles mono ou multiconducteurs dans les huissiries de fenètres



Mode de pose Catégorie C - 1

Câbles mono ou multiconducteurs encastrés directement dans des parois sans protection mécaniques complémentaires

Câbles mono ou multiconducteurs encastrés directement dans des parois avec protection mécaniques complémentaires




Câbles mono ou multiconducteurs avec ou sans armures

• fixés sur un mur• fixés sur un plafond




Conducteurs nus ou isolés sur isolateurs




Câbles mono ou multiconducteurs sur des chemins de câbles ou tablettes non perforées



Mode de pose Catégorie E



Déterminer une lettre de sélection qui dépend du conducteur utilisé et de son mode de pose

Déterminer un coefficient K qui caractérise l’influence des différentes conditions d’installation.

Pour obtenir la section des conducteurs de phase, il faut :

Déterminer du courant admissible Iz



Détermination du coefficient K



le facteur de correction K1 prend en compte le mode de pose

le facteur de correction K2 prend en compte l ’influence mutuelle des circuits placés côte à côte

le facteur de correction K3 prend en compte la température ambiante et la nature de l’isolant

le facteur de correction du neutre chargé Kn

le facteur de correction dit de symétrie Ks


le coefficient K qui caractérise l’influence des différentes conditions d’installation,

s ’obtient en multipliant les facteurs de correction, K1, K2, K3, Kn et Ks




• le facteur de correction K1 prend en compte le mode de pose

Exemple



K1 = 1






le facteur de correction K2 (influence des circuits placés côte à côte)

• le facteur de correction K2 prend en compte l ’influence mutuelle des circuits placés côte à côte

Exemple



K1 = 1 K2 = 0,8






le facteur de correction K3 ( la température ambiante et l’isolant)

• le facteur de correction K3 prend en compte la température ambiante et la nature de l’isolant

Exemple



K1 = 1 K2 = 0,8 K3 = 0,91




• le facteur de correction du neutre chargé Kn Facteur de correction Kn

Kn =0,84

Le neutre est dit chargé si le système triphasé est déséquilibré est que le neutre est distribué




Ks =1

pour 2 et 4 câbles par phase avec le respect de la symétrie

Ks =0,8

pour 2,3 et 4 câbles par phase si non respect de la symétrie.

• le facteur de correction dit de symétrie Ks (selon la norme NF C15-105 §B.5.2)








Vérification éventuelle de la contrainte thermique.


( âme, isolant…)


InCourant assigné du dispositif

de protection



Disjoncteur

Iz = In

Iz

Détermination de la section technique des conducteurs susceptibles de véhiculer

Iz à l’aide du courant équivalent I’z = Iz / K




K1 = 1 K2 = 0,8 K3 = 0,91

I ’z = 100 / ( 1 x 0,8 x 0,91) = 137,36 A

Iz = In

Connaissant I’z et K ( I’z est le courant équivalent au courant véhiculé par la canalisation : I’z =Iz/K), le tableau ci-après indique la section à retenir.

Ex câble multipolaire, PRC, trois phases, pose sur corbeau, âme en cuivre, température ambiante de 40°c, trois autre câbles multiplolaires sur le même corbeau, calibre disjoncteur de100A


K1 = 1 K2 = 0,8 K3 = 0,91

I ’z = 100 / ( 1 x 0,8 x 0,91) = 137,36 A

Iz = In

35 mm²

Exercices : Déterminer la section des conducteurs de phases

On désire choisir le câble d’alimentation terminal du treuil télescopique horizontal : moteur de 15 KW ( = 0,89 , cos = 0,86, Ku = 0,75 )

Les contraintes d’exploitation sont les suivantes : Température maximum de 30°c Ames en cuivre Isolant PRC Pose sur chemin de câbles Deux autres circuits posés de façon jointive Le neutre n’est pas distribué On respecte la symétrie de pose des conducteurs Longueur du câble : 50 m


La lettre de sélection prend en compte le mode de pose


3-3 Détermination des chutes de tension




( âme, isolant…)




Disjoncteur

Iz = In

Iz

Vérification de la chute de tension.

Vérification de la chute de tension.


3-3 Détermination des chutes de tension

L’impédance d’un câble est faible mais non nulle : lorsqu’il est traversé par le courant de service, il y a chute de tension entre son origine et son extrémité.

Or le bon fonctionnement d’un récepteur (surtout un moteur) est conditionné par la valeur de la tension à ses bornes.

Il est donc nécessaire de limiter les chutes de tension en ligne par un dimensionnement correct des câbles d’alimentation.

Les normes limitent les chutes de tension en ligne

La norme NF C 15-100 impose que la chute de tension entre l’origine de l’installation BT et tout point d’utilisation n’excède pas les valeurs du tableau ci- après.

La chute de tension en ligne en régime permanent est à prendre en compte pour l’utilisation du récepteur dans des conditions normales.

Le tableau ci-dessous donne les formules usuelles pour le calcul de la chute de tension.

R = / s

Plus simplement, les tableaux ci-dessous donnent lachute de tension en % dans 100 m de câble,en 400 V/50 Hz triphasé, en fonction de la section ducâble et du courant véhiculé (In du récepteur).


Calculer la chute de tension engendrée par chacun des deux câbles précédemment définis.

• On prendra un cos φ = 0,85• La résistance des câbles est de 22,5 mΩ.mm2 / m pour la température normale de fonctionnement• La réactance des câbles est évaluée à environ 0,08 mΩ / m


Déterminer la chute de tension engendrée par chacun des deux câbles précédemment définis en utilisant les tableaux fournis par les constructeurs


3-3 Détermination des courants de court circuit

Puissance de court-circuit à l’origine du circuit.


Courant d’emploi

Choix du dispositif de protection.


Pouvoir de coupure du dispositif de

protection

Courant de court-circuit

Influences externes, conditionsde pose.

IB Icc

IcuIn

Réseau amont ou aval.

Choix du dispositif de protection

Courant de court-circuit


3-3 Détermination des courants de court circuit

1. Déterminer résistances et réactances de chaque partie de l’installation

2. Calculer la somme Rt des résistances situées en amont de ce point : Rt = R1 + R2 + R3 + ... et la somme Xt des réactances situées en amont de ce point : Xt = X1 + X2 + X3 + ...

3. calculer : Icc maxi efficace présumé = U2 v / \/ 3 Zcc

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