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Projet de fin d’étude

Rapport de stage Page | 1

L’assainissement représente la pierre angulaire de toute action résolue visant à préserver la

santé, ainsi que l’équilibre écologique, et à réunir les conditions objectives pour la réalisation

d’un développement durable.

Généralement, l’assainissement est assuré par des entreprises à caractère industriel et

commercial moyennant des stations de pompage et de relèvement.

Dans le but de préparer ses étudiants en licence appliquée à la vie professionnelle, l’Ecole

Supérieure de Science Technique impose un stage obligatoire dans les entreprises, où

l’objectif est de donner aux étudiants la possibilité d’acquérir une formation pratique et

améliorer leur le sens de responsabilité.

C’est dans ce cadre que s’inscrit le présent stage de fin d’étude à l’ONAS intitulé :

«Conception et réalisation d’une armoire électrique pour la commande d’une station de

pompage des eaux usées équipée par deux électropompes de puissance unitaire de

2.2 Kw».

Ce projet consiste à l’étude du dimensionnement des équipements électriques, la protection

de l’installation et l’automatisation du système de pompage. La station est équipée de deux

pompes. Le fonctionnement des pompes peut être automatique en utilisant des détecteurs de

niveau d’eau dans la bâche (flotteurs), ou manuel avec deux boutons marche et arrêt. De plus,

elle assure la protection par des équipements basse tension pour produire une commande bien

déterminée.

Le cahier de charges du stage de fin d’étude est constitué de trois étapes:

Etude théorique de l’armoire électrique

Bilan énergétique : puissance active, puissance réactive, courant nominal,

courant de court-circuit, courant de démarrage, type de démarrage...

Conception des circuits de puissance et de commande de l’armoire.

Dimensionnement et choix des équipements électriques de l’armoire.



Réalisation de l’armoire électrique : montage des équipements électrique, câblage.

Etude, conception et réalisation d’un programme de fonctionnement en mode

automatique de deux pompes avec permutation cyclique en utilisant un micro

automate de marque Schneider type Zelio référence SR3 B101B.

Le rapport du stage est organisé comme suit :

Le premier chapitre, est dédié à la présentation des stations de pompage et de relèvement

de l’ONAS.

Le second chapitre, concerne, d’une part, le calcul et le dimensionnement des

équipements électriques pour le bon fonctionnement de la station de pompage. D’autre part,

nous montrons les étapes de réalisation de l’armoire électrique.

Le dernier chapitre, a pour objectif l’étude d’automatisation de la station de pompage.



1.1. Introduction :

Pour l’étude des stations de pompage et de relèvement, il faut tenir compte de l’équipement.

En général, les stations de pompage et de relèvement sont simples et accessibles, ou les

pompes immergées sont installées dans la bâche d’eau pour garantir une haute sécurité. Ce ci

est garantie par le faite quelles possèdent un refroidissement intérieur que celui des pompes a

cale sèche. Ainsi la fixation de la pompe doit être effectuée sur un système immobile et stable

pour éviter les vibrations provoquées au système de relevage.

1.2. Présentation de l’ONAS :

L’ONAS est l’abréviation de l’Office National de l’Assainissement.

L’ONAS est un établissement public, à caractère industriel et commercial, placé sous la

tutelle du ministère de l’Environnement et doté de la personnalité civile et de l’autonomie

financière. La loi n° 73/74 du 3 août 1974, portant création de l’Office.

1.2.1. Missions :

Compte tenu de l'efficacité éprouvée des interventions de l'ONAS depuis sa création, et

dans le but d'intégrer dans ses missions la dimension environnementale et développementale

inscrite dans la politique gouvernementale et dans les orientations générales du Ministère de

l'Environnement et de l'Aménagement du Territoire, il s'est avéré nécessaire de réviser la loi.

Figure 1 : Station d’épuration

Portant création de l'office. C'est ainsi que fut promulguée la loi n° 41/93 du 19 avril

1993 qui dégage l'office du cadre conventionnel de simple gestionnaire de réseaux d'eau usée

pour lui conférer une dimension plus large qui en fait le principal intervenant dans la

protection du milieu hydrique et la lutte contre les sources de pollution. A ce titre, outre la

planification et la réalisation des projets d'assainissement, il s'est vu confier les missions

suivantes :



- La lutte contre toutes les formes de pollution hydrique, en s'attachant à en

circonscrire les sources;

- La gestion, l'exploitation, l'entretien et le renouvellement de l'ensemble des ouvrages

d'assainissement urbain;

- La promotion des sous-produits des stations d'épuration;

- La planification et la réalisation de projets intégrés.

1.2.2. Ressources humaines :

Le nombre d’agents permanents de l’Office s’élève à 4525, à la fin de l'année

2010, répartis selon les catégories, comme suit :

507 cadres, 814 agents de maîtrise, 3204 agents d’exécution. Le nombre des agents

occasionnels est de 925, ce qui porte le nombre total du personnel de l’office à 5450 agents.

1.2.3. Travaux :

L’ONAS intervient sur tout le territoire, qu’il s’agisse des projets propres ou des projets

réalisés pour le compte des tiers et dont le contrôle est confié à l’office. A l’instar des études,

les travaux sont confiés dans leur majorité au secteur privé qui en assure la mise en œuvre,

l’office assure le suivie et le contrôle de l’exécution avant la réception des ouvrages et leur

entrée en exploitation.

Ces travaux comprennent :

- La réalisation des ouvrages d’assainissement :

Station d’épuration.

Station de pompage.

Réseaux.

Autres ouvrages spécifiques.

La réhabilitation et l’extension des ouvrages ainsi que les travaux de

branchement.

1.2.4. Présentation du département central des moyens et des équipements :

Le département central des moyens et des équipements contient plusieurs divisions

mais on va s’intéresser spécialement à la division de maintenance des équipements fixes : la

DMEF qui est destinée à l’entretien et la réparation de tous les équipements et machines

utilisées par les stations de pompages, les stations d’épurations et les centres des districts de

Tunis, d’Ariana et de la Mannouba que ce soit de point de vu automatique, électrique ou

mécanique.



1.2.5. L’organigramme de département maintenance

Figure2 : Organigramme de département de la maintenance



1.3. Présentation des stations de pompage et de relèvement :

1.3.1. Définition d’une station de pompage :

Une station de pompage est l’ensemble d’équipement hydro-électro-mécaniques, nécessaire

pour assurer le prélèvement de l’eau d’un niveau inférieur à un autre supérieur, (depuis le

réservoir intermédiaire vers une autre station de pompage ou d’épuration) .

1.3.2. Les différents types de station de pompage :

Les stations de pompage se distinguent par :

1.3.2.1. Origine des eaux :

Eau d’oued

Eau de forage

Eau de bâche

Eau de conduite

Eau de puits

1.3.2.2. Destination des eaux :

Station pour irrigation

Station d’épuration (eaux usées)

1.3.2.3. Source d’énergie :

Station électrique (monophasé ou triphasé)

Station thermique (DIESEL)

1.3.2.4. Types de pompes adoptées :

pompes centrifuges

pompes volumétriques

groupes électriques submersibles

groupes électropompes immergés



1.3.3. Les principaux composants d’une station de pompage :

1.3.3.1. La bâche d’eau : le réservoir des eaux usées

1.3.3.2. L’aspiration : composé de crépine, tulipe d’aspiration, conduite

d’aspiration, vanne d’aspiration, amorçage et manomètre.

1.3.3.3. Les équipements de pompage : groupes électropompes ou groupes

motopompes destinées à pomper les eaux.

1.3.3.4. La ligne de refoulement : composé de divergent, clapet, vanne

conduites, manomètre, débitmètres, protection, Hydraulique.

1.3.3.5. Equipement électriques moyenne et basse tension : composé de

l’arrivée de STEG, sectionneur, contacteur, disjoncteur, armoire,

transformateur, câblage, protection électrique.

1.3.3.6. Contrôle commande et mesures : composé de pupitre de commande,

pour collecter toutes les informations, ce qui permet de contrôler le

fonctionnement de la station.

1.3.3.7. Tuyauterie d’aspiration et de refoulement : composants représentent

des systèmes de vibration par le courant et le changement de direction de

l’eau pour céder le passage de l’eau.

1.3.3.8. Vanne d’isolation : commander le passage de l’eau.

Figure 3 : Schéma d’une vanne d’isolation

1.3.3.9. Clapet anti-retour : ce composant permet la circulation du l’eau sous

pression que dans un sens déterminé, il lui interdit le passage dans

l’autre sens.

Figure 4: Schéma d’un clapet anti-retour



1.3.4. Description de l’installation :

D’une façon générale, chaque station de pompage comprend :

-La bâche susceptible de recueillir des eaux usées. (Réservoir des eaux usées).

-La chambre des vannes. (Vanne de refoulement, vanne d’aspiration).

-Un local pour groupe électrogène.

-Un atelier auquel sont adjoints les sanitaires.

-Le poste de transformation MT /BT.

Une station de pompage pour les eaux usées peut être équipée de :

1.3.4.1. Vis d’Archimède : ils sont principalement utilisés dans les stations

d’épuration pour absorber des débits variables.

Figure 5 : Vis d’Archimède

1.3.4.2. Pompes à cale sèche :

Elles sont en général adoptées pour les débits et les hauteurs de relèvement importants.

Figure6 : Pompe à cale sèche



1.3.4.3. Électropompes immergés :

Elles sont de plus en plus utilisées sur les réseaux des eaux usées grâce à leur

fiabilité. Elles intéressent préférentiellement les faibles débits et les hauteurs

manométriques peu élevées.

Figure 7: Pompe immergée

1.3.4.4. Pompes centrifuge :

Ce sont les pompes les plus utilisées dans le domaine industriel à cause de la large

gamme d'utilisation qu'elles peuvent couvrir, de leur simplicité et de leur faible coût.

Figure8: Pompe centrifuge



1.3.4.5. Pompes volumétrique :

Elles sont caractérisées par le de prélèvement, en un temps donné, d’un volume de

liquide incompressible à l'aspiration, et de l'envoyer au refoulement.

Certaines pompes volumétriques sont dites rotatives (cylindrées et vitesse de rotation

fixant le débit pompé).

Figure9: Pompe volumétrique

1.3.5. Présentation de la station de pompage Golden :

La Golden est une station de pompage des eaux usées situé à la région de Ghamarth. Elle est

constituée par les équipements suivants :

- Deux électropompes immergées qui ont les caractéristiques suivantes :



Puissance : 2 ,2 KW

Tension : 380 V

Vitesse : 1490 tr/mn

Type d’installation : immergée avec pied d’assise

- Tuyauterie :

conduite de refoulement ;

Vanne ;

Tube de guidage ;

Clapet anti-retour.

Etat de l’armoire électrique dans la station Golden :

L’armoire électrique est alimentée par basse tension pour la commande et la protection de

deux pompes avec deux modes de fonctionnement : automatique et manuel. Son câblage est

classique avec des relais.

Elle assure aussi l’éclairage intérieur, extérieur et la prise 220V-380V. Cette armoire est en

mauvais état dû a la corrosion des ses équipements qui sont attaqués par le gaz H2S ainsi que

les raccordements électriques sont défectueux. C’est pour cette raison que le département

maintenance propose ce projet de la conception de l’armoire électrique pour améliorer le

fonctionnement de cette station et de réduire les interventions de réparation.

Nous constatons que L’influence du gaz H2S est très néfaste sur l’armoire.

- Définition du gaz H2S

Nom complet d'un gaz composé de d'Hydrogène et de soufre, de symbole chimique H2S

(H2S) ou encore appelé hydrogène sulfuré. Ce gaz est facilement identifiable à très faible

concentration et une odeur très pure.

1.4. Conclusion :

A la fin de l’étude des stations de pompage de l’ONAS, nous fixons comme objet du le

chapitre suivent l’étude, la conception et la réalisation de l’armoire électrique.

http://www.aquaportail.com/definition-3919-hydrogene.html

http://www.aquaportail.com/definition-3335-symbole-chimique.html

http://www.aquaportail.com/definition-3965-h2s.html



-****



2.1. Introduction :

L’armoire électrique est l’objet principal de ce stage de fin d’études. Elle est destinée à la

commande des deux électropompes de la station de pompage Golden. Le fonctionnement des

pompes peut être automatique asservie par des flotteurs détectant le niveau d’eau dans la

bâche, ou manuel avec deux boutons marche et arrêt. En plus, elle assure la protection par

des équipements basse tension pour produire une commande bien déterminée.

2.2. Le principe de fonctionnement et d’asservissement de la station de

pompage :

Les deux pompes fonctionneront en permutation (1+1) (une pompe fonctionne et l’autre de

secoure). Le fonctionnement des pompes est asservi par des flotteurs détectant le niveau d’eau

dans la bâche.

NTB (niveau très bas) : interdit le fonctionnement des pompes

NB (niveau bas): arrêt de la pompe fonctionnant en mode Auto et permute l’ordre

de marche à l’autre pompe.

NH1 (niveaux haut 1) : met en service la pompe ayant la priorité de mise en

marche.

NTH : alarme et signalisation (bâche plein).



Le mode de fonctionnement de chaque pompe est déterminé par un sélecteur à trois

positions : arrêt, manuel et automatique.

- Position « Arrêt » : aucune mise en service de deux pompes n’est possible.

- Position « Manuel »: elle permet la mise en marche de la pompe par des boutons

Marche Arrêt à condition que le niveau d’eau dans la bâche ne soit pas inférieur au niveau

d’alerte appelé NB.

- Position « Automatique » : Elle permet la mise en marche automatique de la pompe

asservie par des flotteurs avec la permutation automatique de l’ordre à chaque action du

niveau bas (NB).

La station de pompage est commandée par une armoire électrique.

2.3. Conception de l’armoire électrique :

L’armoire doit assurer la protection et le fonctionnement des pompes.

2.3.1. Les équipements de protection :

L’armoire électrique doit être protégée par des équipements de protection contre :

Le manque et l’inversion de phase et la chute et la surtension;

Les surcharges de courant;

Les courts-circuits ;

Les démarrages trop longs des pompes;

Les fuites de courant (mauvais isolement);

La protection est assurée par les équipements suivants :

2.3.1.1. Disjoncteur général :

Un disjoncteur assure la protection d'une installation contre les surcharges, les courts-

circuits, les défauts d'isolement, par ouverture rapide du circuit en défaut. Certains appareils

permettent une télécommande à distance.



Figure 10 : Schéma d’un disjoncteur général

2.3.1.2 Disjoncteur moteur :

Les disjoncteurs magnétiques protègent contre les courts-circuits. Ils doivent être associés

à des relais de protection thermique pour prémunir contre les surcharges.

Figure11 : Schéma d’un disjoncteur moteur

Bloc de contact auxiliaire :

Le contact auxiliaire est lié mécaniquement aux pôles de puissance. Un contact auxiliaire

à ouverture 'O' ne peut jamais être fermé en même temps que les pôles de puissance.



Figure 12: Schéma d’un contact auxiliaire

2.3.1.3 Contacteur :

Un contacteur est un appareil électronique destinée à établir ou interrompre le passage de

courant à partir d’une commande électrique, ses contacts sont prévus pour supporter un

courant important. Il est utilisé afin d’alimenter des moteurs industriels de grande coupure

important puissance. Il possède un pouvoir de coupure.

Contacteur auxiliaire :

Le bloc de contact auxiliaire est un appareil mécanique de connexion qui s’adapte sur les

contacteurs. Les contacts sont prévus pour être utilisés dans la partie commande des circuits.

Figure 13 : Schéma d’un contacteur

2.3.1.4. Transformateur :

Un transformateur électrique est un convertisseur permettant de modifier les valeurs de

tension et d'intensité du courant délivrées par une source d'énergie électrique alternative, en

un système de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de

même forme.



Figure14: Schéma d’un transformateur

2.3.1.5. le bornier :

Un bornier est un dispositif permettant d'assurer la continuité électrique entre un câble et une

autre partie de l'installation.

Figure15: Schéma d’une bornier

2.3.2. Les équipements de commande :

2.3.2.1. Le bouton d’arrêt d’urgence :

Les boutons d'arrêt d'urgence sont des actionneurs importants pour la sécurité. Les boutons

d'arrêt d’urgence peuvent également être utilisés pour la fonction d'arrêt d'urgence et

déclencher simultanément différentes catégories d'arrêt (selon l'application de sécurité).

Figue16: Schéma d’un bouton d’urgence



2.3.2.2. Bouton poussoir :

C’est un appareil pour ouvrir, fermer ou inverser un circuit électrique (manuel,

automatique).

Figure17 : Schéma d’un bouton poussoir

2.3.2.3. Commutateur :

Permettent de commander, directement ou à travers du relayage, des actionneurs ou des

modes de marche d'installations ou de machines de procès

Il y a 5 grandes fonctions :

- Interrupteur marche/arrêt.

- Inverseur (avec ou sans position d’arrêt).

- Commutateur à 3 directions (avec ou sans position arrêt).

- Commutateur de moteur triphasé (inverseur de sens de marche,

démarreur d’un sens de marche)

- Commutateur de mesure (pour ampèremètre ou voltmètre).



Figure18: Schéma d’un commutateur

2.3.2.4. Relais manque tension (RM)

C’est un appareil électrique de protection qui permet d’assurer plusieurs fonctions :

Protection contre les manques phases.

Protection contre la surtension.

Protection contre l’inversion de phases.

Protection contre les chutes de tension.

Figure19: Schéma d’un relais manque tension

2.3.3. Appareil de mesure et d’affichage :

2.3.3.1. Transformateur de courant :

Les courants industriels sont souvent trop importants pour traverser directement les

appareils de mesure. Les transformateurs d'intensité (transformateurs de courant) permettent

de ramener ces courants forts à des valeurs acceptables par la plupart des appareils,

généralement 5 ampères.



Figure20: Schéma d’un transformateur de courant

2.3.3.2. Voltmètre numérique :

Le voltmètre est un appareil de mesure de tension entre deux points. L’unité de mesure

est de (volt).

Figure21 : Schéma d’un voltmètre

2.3.3.3. Ampèremètre numérique :

Un ampèremètre est un appareil de mesure d’intensité d’un courant électrique dans un

circuit, l’unité de mesure est l’ampère (A).

Figure22 : Schéma d’un ampèremètre

2.4. Etude et choix des équipements de l’armoire électrique Ghammarth:

Pour effectuer le choix des composants, il faut connaître l’intensité nominale et la tension

d’alimentation du moteur, ou la puissance. Si on ne connaît pas les caractéristiques du

moteur, il faut regarder sur la plaque signalétique.



2.4.1. Les caractéristiques du moteur sont :

Marque : Flygt

Type : 3102

Tension d’alimentation=220V/380V

Puissance de pompe =2.2KW

Facteur de puissance cos =0.8

2.4.1.1. Calcul du courant nominal :

Tension Un = 380 v

Puissance P : Cette station est équipée de deux électro pompes immergées pour des eaux

usées de puissance unitaire 2,2 KW.

Facteur de puissance = 0.8 (cos )

Avec P= 2200 W, U = 380 v, Cos = 0.8

In : courant nominal des moteurs

Donc In= 4.17 A

2.4.1.2. Calcul du courant de court-circuit :

P= 3× U ×I ×Cos

In= 4.17 A



Il est indispensable de connaître les intensités des courants de court-circuit pour concevoir le réseau:

Détermination des pouvoirs de coupure des appareils de protection.

Tenue des barres et des câbles.

Sélectivité des protections.

Méthode de calcul du courant de court-circuit Icc:

Déterminer l’impédance totale de l’ensemble des constituants en amont du c.c.

Z est l'impédance directe totale par phase traversée par le courant de court-circuit

Z totale = √ ((Σ R) ² + (Σ X) ²)

R : Résistance

X : Réactance

Σ R = R1 + R2 + R3 + …

Σ X = X1 + X2 + X3 + ...

Avec L : longueurs

S: section du câble

e : résistivité (22.5m Ω)

RD: résistance de disjoncteur

Xc= 0.08*L XD : réactance de disjoncteur

RD= 0 Xc : réactance du câble

XD= 0.15 m Ω Rc : résistance du câble



Au point C1 : Calcul du courant de court-circuit entre le disjoncteur de STEG et disjoncteur

général de l’armoire.

Au point C2 : Calcul du courant de court –circuit entre le disjoncteur général et le disjoncteur

moteur de deux pompes.

Au point C3 : Calcul du courant de court-circuit entre les disjoncteurs des moteurs entrainant

les pompes et deux pompes immergées.

APPLICATION NUMERIQUE :

Au point C1

L= 5m

Xc= 0.08*L = 0.08 *5 = 0.4m Ω

XD= 0.15m Ω

RD = 0m Ω

Rt1 = 28.12m Ω , Rt12= 790m Ω

Xt1= 0.55m Ω , Xt12= 0.30m Ω

On a Z totale = √ ((Σ R) ² + (Σ X) ²) = 28.12m Ω

Donc

=



Au point C2

L= 1m

Xc2= 0.08*L = 0.08 *1 = 0.08m Ω

XD2= 0.15m Ω

RD2 = 0m Ω

Rt2 = Rt1 + Rc2 = 28.12 + 9 = 37.12m Ω , Rt22 = 1377.9m Ω

Xt2 = Xt1 + Xc2 +XD2= 0.55 +0.15 +0.08 = 0.78mΩ , Xt22= 0.608mΩ

Zt2 = 37.125mΩ Donc

Au point C3

L= 20m

Xc3= 0.08*L = 0.08 *20 = 1.6m Ω

XD3= 0.15m Ω

RD3 = 0m Ω

Icc= 8.21 KA

1*22.5 Rc2 = = 9 m Ω

2.5

20*22.5

Rc3= = 300m Ω

1.5

Icc2 = 6.22 KA



Rt3= Rt2 + Rc3 = 37.12 +300 =337.12m Ω , Rt32 = 113649.9m Ω

Xt3= Xt2+ Xc3 + XD3 = 0.78 + 1.6 + 0.15 =2.53m Ω , Xt32 =6.4m Ω

Z = 337.12 m Ω

Donc Icc3 = 0.685 KA

RD (m

Ω

XD (m

Ω)

RC (m Ω) XC (m

Ω)

Rt(m Ω Xt(m Ω) Icc

(KA)

Disjoncteurs

du STEG

(point C1)

0 0.15 28.12 0.4 28.12 0.55 8.21

Disjoncteurs

moteurs

(point C2)

0 0.15 9 0.08 37.12 0.78 6.22

Les pompes

(point C3)

0 0.15 300 1.6 337.12 2.53 0.685

2.4.1.2. Calcul de courant de démarrage :

Id= 7*In

Donc Id= 7* 4.1 = 28.7 A

2.4.1.3. Mode de démarrage de la pompe :

Le démarrage de la pompe est direct.

Démarrage direct

C’est le mode de démarrage le plus simple dans lequel le stator est directement couplé sur

le réseau. Le moteur démarre sur ses caractéristiques naturelles.

Démarrage direct convient dans les cas ou :

La puissance du moteur est faible par rapport à la puissance du réseau.

Le couple de démarrage doit être élevé : C démarrage = 0.5 à 1.5 C nominal.

Circuit de puissance : (Voir le plan de l’armoire électrique).

Circuit de commande manuel : (Voir le plan de l’armoire électrique).

Icc3 = 0.685

KA



Circuit de signalisation : (Voir le plan de l’armoire électrique).

2.5. Choix des équipements électriques :

2.5.1. Choix du disjoncteur général :

Disjoncteur général pour la distribution de tension :

D’après le catalogue Schneider, on fait le choix d’un disjoncteur général C60N 4 pôles.

(Voir annexe)

- 4 : nombre des pôles

- 20A : Calibre

- 10KA : Courant de court-circuit maximum

- 20A : C’est la somme des courants distribués du disjoncteur vers les équipements.

2.5.1.1. Choix du disjoncteur moteur pour chaque pompe :

D’après le catalogue Schneider, on fait le choix d’un disjoncteur moteur GV2 ME10

(Voir annexe)

Calibre du déclencheur thermique : 4 à 6.3 A

Courant de déclenchement magnétique : 78 A

Description des pôles : 3P

2.5.1.2. Choix du bloc de contact auxiliaire :

D’après le catalogue Schneider on fait le choix du bloc contact auxiliaire GVAN11

Nombre de pâles: 2

Courant de contact : max 6A



Tension de contact c.a : max 575V

Contact de configuration: 1NO / 1NC (Normal Open/Normal Close).

2.5.2. Choix des Contacteurs pour la commande de deux pompes :

Les courbes de choix des tableaux 14 et 15 déterminent le calibre du contacteur

(Voir annexe).

On fait le choix des deux contacteurs LC1D09 B7 pour les deux pompes à l’aide du

catalogue télémécanique.

- Courant d’emploi maximal en AC3= 9A

- Calibre 6A

1.5.2.1 Choix du contacteur auxiliaire :

On fait le choix des contacteurs auxiliaires CAD B7/bobine 24V à l’aide de catalogue

télémécanique (Voir annexe).

2.5.3. Choix du transformateur :

Le choix d’un transformateur de commande dépend des de l’appareillage qu’il alimente

(Voyants, bobines contacteur, électrovannes…).

Pour dimensionner un transformateur de commande, il ne suffit pas d’additionner les

puissances des différents appareils, mais on doit tenir compte également de la puissance

instantanée demandée (puissance d’appel).

Détermination de la puissance d'appel

P appel = 0,8 (∑Pm + ∑Pv + Pa)

- ∑Pm: somme de toutes les puissances de maintien des contacteurs

- ∑Pv : somme de toutes les puissances des voyants



- Pa: puissance d’appel du plus gros contacteur

APPLICATION

Une armoire de commande 24V de machine-outil comportant :

- 6 contacteurs auxiliaires, puissance de maintien 8VA puissance d’appel 70VA

(Voir annexes).

- 2 contacteurs moteurs, puissance de maintien 8VA (Voir annexe).

- 9 voyants, consommation 1VA (Voir annexe)

∑Pm= 6*8 + 2*8 = 64VA

∑Pv= 9*1= 9VA

Pa= 70VA

P appel = 0.8 (64+9+70) = 114.4VA

Dimensionnement d'un transformateur

Pour dimensionner un transformateur, il faut donc déterminer sa puissance nominale qui

dépend :

- de la puissance instantanée admissible à un instant donné (puissance d'appel),

- du facteur de puissance (cos φ = 0,5 en général).

Tableau1 : Tableau de puissance nominal d’un transformateur



Une puissance d’appel de 114.4VA à cos 0,5 entraîne un dimensionnement

nominal de 63VA

Caractéristique du transformateur de commande :

Primaire 400V ; Secondaire 24V ; Sn=63VA

La référence du transformateur choisie sera : 423 04

Tableau 2 : Tableau de référence d’un transformateur

2.6. Tableau des équipements électriques de l’armoire Golden :

Equipement NOMENCLATURE REFERENCE DESIGNATION MARQUE

DG Disjoncteur général 24231

C60N 4

Schneider

DP1 Disjoncteur moteur de

pompe N°1

24736 GV2 ME10

Schneider

DP2 Disjoncteur moteur de

pompe N°2

24736

GV2 ME10

Schneider

KM1 Contacteur de pompe LC1D09/bobine2 Télémécanique



N°1 4V

KM2 Contacteur de pompe

N°2

42302 LC1D09/bobine2

4V

Télémécanique

T1, T2

Transformateur de

courant

TAF 20-5A Transformateur

de courant

20A/5A

Télémécanique

TR1 Transformateur de

tension

TM4071 Transformateur

de tension

220/24V

VARAT

BA1 Bouton poussoir arrêt

pompe N°1

XB4BW34M5 Télémécanique

BM1 Bouton poussoir

marche pompe N°1


BA2 Bouton poussoir arrêt

pompe N°2


BM2 Bouton poussoir

marche pompe N°2


AP Automate

programmable

SR3B101B AP 6 ENTREE_ 4

SORTIE

Schneider

Câble Section de câble

Tableau 3: Tableau des équipements d’une armoire électrique

Après l’étude des équipements et la conception de l’armoire électrique, nous envisagerons à la

réalisation de l’armoire électrique.

2.7. Réalisation de l’armoire électrique :

Après l’étude et la conception de l’armorie électrique ainsi que la réalisation de programme

la phase de câblage de l’armoire électrique.



2.7.1. Descriptif de l’armoire électrique :

L’armoire électrique doit comprendre :

Tension de distribution 400V ;

Le câblage est exécuté en utilisant des goulottes en plastiques d’une dimension

suffisante et avec des files isolées de différentes couleurs pour que l’on puisse

reconnaître par une simple visualisation.

2.7.1.1. L’intérieur de l’armoire :

L’intérieur de l’armoire comprend (Voir le plan de l’armoire électrique):

Une arrivée générale sur un disjoncteur général;

Un répartiteur de phase ;

Transformateur de courant ;

Transformateur de tension ;

Ensembles de portes fusibles pour protection des voyants ;

Contacteur ;

Un module logique Zelio .

2.7.1.2. Sur la face de l’armoire (Voir le plan de l’armoire électrique) :

3 Voyant de présence tension;

1 Voyant de présence défaut réseaux : jaune ;

Bouton d’arrêt d’urgence ;

1 Voltmètre numérique.

Pour chaque pompe :



1 Voyant de signalisation de défaut;

1 Ampèremètre numérique ;

1 Commutateur 3position (arrêt, manuel, automatique) ;

Boutons poussoirs : marche / Arrêt ;

2 voyants : marche / Arrêt ;

1Compteur horaire ;

2.7.2. Câblage de l’armoire :

Pour le câblage de l’armoire électrique, nous avons réalisé les opérations suivantes :

- La première opération est la préparation de coffret.

- La deuxième opération est le perçage et la fixation des goulottes la dernière opération.

- La troisième opération est la détermination de la section des conducteurs.

2.7.2.1. Détermination de la section des conducteurs :

Pour la détermination de la section des conducteurs d’un câble, nous devons avoir les

intensités et les facteurs de corrections suivant:

Ib : Courant d’emploi du circuit (courant qui ca circuler dans les conducteurs).

In : Courant nominal du dispositif de protection, (Choisir In Ib).

IZ : Courant admissible dans la canalisation en fonction du dispositif de protection

(Choisir IZ In)

K1 : facteur de correction en fonction de la terre de sélection et du type d’installation ;

K2 : facteur de correction en fonction de la pose des conducteurs et des câbles ;

K3 : facteur de correction en fonction de la température ambiante ;

K = K1 x K2x K3

K est le produit des différents facteurs de correction. Les valeurs des facteurs de correction

sont données en annexe.



Il y a plusieurs méthodes pour calculer la section des conducteurs d’un câble. Il y a la

protection par fusible et la protection par disjoncteur.

La protection par fusible :

Calibre In 16 A , K= 1,31

Calibre In > 16 A , K= 1,1

IZ = K In

La protection par disjoncteur :

IZ = In

= IZ/ K, avec : intensité fictive prenant compte du coefficient K.

APPLICATION NUMERIQUE :

La circuit de puissance comportant :

Deux (02) lampes de puissance 35 VA ;

Un (01) lampe réglette de puissance 250VA ;

Prise monophasé (16A) : V*I = 230*16 = 3680 VA ;

Prise triphasé (16A) : U*I* = 400*16* = 11085 VA ;

Puissance d’une pompe 2.2KW ;

Un (01) transformateur de puissance 63VA.

2.7.2.2. Calcul courant maximal d’emploi (Ib) :

Pour calculer ce courant il faut tenir compte de :

- Facteur d’utilisation maximal (Ku):

Le régime de fonctionnement d’un récepteur peut être tel que sa puissance utilisée soit

inférieure à sa puissance nominale, d’où la notion du facteur d’utilisation.



Le facteur d’utilisation s’applique individuellement pour chaque récepteur.

- Facteur de simultanéité (Ks) :

Tous les récepteurs installés ne fonctionnent pas simultanément, c’est pour ça qu’il est permis

d’appliquer aux différents ensembles de récepteurs (ou de circuit) des facteurs de

simultanéité, le facteur de simultanéité s’applique a chaque regroupement de récepteurs, nous

avons un nombre de circuits entre 6 et 9 donc Ks=0.8.

Puissance(VA) Facture

d’utilisation

(Ku)

Puissance Facture

simultanéité

(Ks)

Puissance

utilisation

max(VA)

Eclairage 320 1 320

0.8

13438.4

Puissance de

prise mono

16*230=3680 1 3680

Puissance de

prise triphasée

16*400* =11085 1 11085

Pompe 2200 0.75 1650

Transformateur 63 1 63

Tableau 4 : Bilan de puissance

Courant maximal d’emploi

= 19.4, c’est le courant qui traverse le disjoncteur général dans les conditions

d’utilisation normales.

Calibre normalisé des disjoncteurs : 15, 20,25, 32,40, 50...

Donc, on propose le choix d’une valeur normalisée (In) juste supérieure à 19.4A, Soit In=20A

Le courant admissible dans la canalisation est Iz =In=20A.



Calcul de la section par protection disjoncteur du STEG :

IZ = 20A, on prend la lettre B dans les tableaux qui sont en annexe.

K= K1x K2x K3 , avec K1 =0.95, K2= 0,65, K3= 0,93;

K= 0.574

L’intensité fictive l’z prenant en compte le coefficient K est = 34.84 A

Après la détermination de l’intensité fictive :

La section du conducteur trouvée pour le disjoncteur du STEG est 4mm2 pour le

cuivre et 6mm2 pour l’aluminium, selon les valeurs des tableaux en annexe.

La section du conducteur trouvée pour le disjoncteur général et le disjoncteur de deux

pompes est 4mm2 pour le cuivre et 6mm

2 pour l’aluminium (Voir annexe)

La section de conducteur pour les deux pompes est 1.5mm2 pour le cuivre et 2.5mm

2

pour l’aluminium (Voir annexe)

La section du conducteur pour circuit de commande est 1.5mm2

pour le cuivre et

2.5 mm2

pour l’aluminium (Voir annexe)



2.8. Conclusion :

Après l’étude des équipements et réalisation de l’armoire électrique, nous passerons à la

réalisation de la partie automatique de ce travail qui se base sur commande séquentielle par

API des deux pompes de la station de pompage.



3.1. Introduction :



Le fonctionnement de deux électropompes peut être automatique ou manuel. Le choix du mode est

assuré par commutateur.

Le mode manuel permet la mise en service des pompes par bouton marche ou arrêt. Par conséquent,

ce mode doit être totalement indépendant du module logique

Le mode automatique assure la commande des deux pompes par un module logique (Zelio

Soft 2) en choisi la position automatique du commutateur

Les flotteurs détectant le niveau d’eau dans la bâche assure l’asservissement des deux pompes

selon le niveau marche (niveau haut) et le niveau arrêt (niveau bas).

3.2. Objectif de l’automatisation :

L’automatisation à pour objectif :

Simplifier le travail de maintenance.

Augmenter la sécurité des installations et du personnel.

Réaliser des économies de matière.

3.3. L’Automate Programmable Industriel:

3.3.1. Définition :

Un Automate Programmable Industriel (API) est une machine électronique programmable

par un personnel non informaticien et destiné à piloter en ambiance industrielle et en temps

réel des procédés ou parties opératives.

3.3.2. Structure d’un système automatisme d’un API :



Figure23 : Structure d’un système automatisme d’un API

3.4. Description du système automatisé :

Un système automatisé est un ensemble d’éléments qui permet d’effectuer des actions sans

intervention de l’utilisateur.

Les systèmes automatisés comportent deux parties :

* La partie commande : elle donne des ordres et traite les informations qu’elle reçoit, elle est

constituée par un ordinateur (PC, µp, µc, API …) ou un circuit électronique.

* La partie opérative : elle exécute les ordres qu’elle reçoit de la partie commande (c’est elle

qui traite la matière d’ouvre pour lui apporter une valeur ajoutée), elle effectue toutes les

actions que le système doit faire.

Le schéma fonctionnel PC-PO du système automatisé des pompes qu’on désire mettre en

œuvre est donné comme suit :

PARTIE

COMMANDE

(PC)

PARTIE

OPERATIVE

(PO)

AuP1 manP1 manP2 au mP1

mP2 aP1 ap2

Marche P1

Marche P2

PARTIE COMMANDE PARTIE OPERATIVE ORDRES

Compte rendus



Figure 24 : Schéma fonctionnel PC-P

Figure 24 : Schéma fonctionnel PC - PO

Designation des élements du schéma fonctionnel PC-PO :

Symbole Designation

nh Niveau haut

nb Niveau bas

ntb Niveau très bas

Auto Automatique

manu manuel

mP1 Marche pompe 1

mP2 Marche pompe 2

aP1 Arrêt pompe 1

aP2 Arrêt pompe 2

au Arrêt d’urgence

VaP1 Voyant arrêt pompe 1

VaP2 Voyant arrêt pompe 2

VmP1 Voyant marche pompe1

VmP2 Voyant marche pompe2

Tableau 5 : Tableau de designation des élements du schéma fonctionnel PC-PO

3.5. Modélisation de la PC :

3.5.1. GEMMA :

GEMMA : l'acronyme GEMMA signifie : Guide d'Etude des Modes de Marche et d'Arrêt.

Comme son nom l'indique, c'est un guide d'étude.

3.5.1.1. Guide graphique :

nh

nb

ntb

VaP1 VaP2 VmP1 VmP2



Le GEMMA est un guide graphique structuré qui propose des modes de fonctionnement

types. Selon les besoins du système automatisé à étudier on choisit d'utiliser certains modes

de fonctionnement. Le guide graphique GEMMA est divisé en "rectangle d'état". Chaque

rectangle d'état a une position précise sur le guide graphique. Chaque rectangle d'état est relié

à un ou plusieurs autres rectangles d'états par des flèches orientées. Le passage d'un rectangle

d'état à un autre s'effectue un peu à la manière du franchissement d'une transition de grafcet.

3.5.1.2. GEMMA du système automatisé de pompage :

3.5.2. GRAFCET (Cycle F1) :

0



AutoP.nh

.

3.6. Mise en équation :

0

Va1 Va2

1

au

1

M P1

Vm1

2

Va 1

3

M P2

4 V a1 Va2

5 MP1 Vm1 6 MP2 Vm2

a P1 a P2

nb

*

Vm2

1

G1



).

).

Va1= X0+X2+X5

Va2= X0+X4

MP1=X1+X5

MP2=X3+X6

Vm1=X1+X5

Vm2=X3+X6

3.7. Mise en œuvre par API

3.7.1. Description de l’API Zelio :

Figure 25: Zelio Logic 2 « SR3 B101B »

Les modules Zelio Logic sont destinés à la réalisation de petits équipements

d’automatisme.

Ils sont utilisés dans les secteurs d’activité de l’industrie et du tertiaire.



3.7.1.1 Pour l’industrie :

Automatismes de petites machines de finition, d’assemblage ou d’emballage ;

Petits équipements d’automatisme fonctionnant à 48 V.

3.7.1.2. Pour le tertiaire/bâtiment :

Automatismes d’éclairage ;

Automatismes de compresseurs et de climatisation ;

Automatismes de barrières, de volets roulants.

3.7.2. Affectation et Programmation :

3.7.2.1 Affectation des entrées et des sorties:

Entrées Variables internes Sorties

Auto P = I1 X0 = M1 Va1 = Q1

nh = I2 X1 = M2 Va2 = Q2

nb = I3 X2 = M3 MP1 = Q3

mP1 = I4 X3 = M4 MP2 = Q4

mP2 = I5 X4 = M5 Vm1 = Q5

aP1 = I6 X5 = M6 Vm2 = Q6

aP2 = Z1 X6 = M7

manu = Z2

Init = Z3

Tableau 6 : Tableau des affectations des entrées et des sorties

3.7.2.2. Programmation :



3.8. Conclusion :

Ce chapitre a constitué le choix et la présentation de l’automate, suivie de la conception

détaillée de la méthodologie pour l’automatisation de la station de pompage des eaux usées

Au terme de se stage, j’ai eu le plaisir de travailler dans un domaine de pompage d’eaux

usées, dans lequel j’ai touché tous des composante des Génie électrique (Electrotechnique,

électronique, Automatique)

En effet, ce stage m’a permis non seulement d’approfondir mes connaissances en Génie

électrique mais aussi d’acquérir une expérience extrêmement valorisante d’un point de vue

personnel.



Je suis heureux d’effectuer ce stage entouré des personnes compétentes qui m’ont guidé dans

toutes les démarches.

1. Des équipements électriques de protection :

Disjoncteur

Les disjoncteurs sont des appareils qui sont placés au début des lignes et qui les protègent

contre les surcharges et les courts-circuits.

2. Choix des équipements électrique :

2.1. Choix d’un disjoncteur général :



D’après le catalogue Schneider

Tableau 9 : Choix d’un disjoncteur général

La référence d’un disjoncteur général est :

Tableau 10 : Tableau de référence de disjoncteur

Choix d’un disjoncteur moteur : Après le catalogue Schneider



Tableau 11 : Choix d’un disjoncteur moteur

Bloc contact auxiliaire :

Tableau 12 : Choix du bloc contact auxiliaire

2.2. Choix d’un contacteur :

Le choix du contacteur est lié aux :

Variable d’entré

Tension du réseau

Nature du courant

Fréquence

Variable de sortie

Nature du récepteur



Puissance,

Tension d’alimentation

Pour déterminer les caractéristiques de contacteur on utiliser :

Tension d’emploi Ue (tension entre phase Ue= 400).

Courant d’emploi Ie défini par le constructeur (Ie=6A ‘Voir tableau

1’)

Catégorie d’emploi, elles dépendent : Voir tableau ci-dessous

La nature de récepteur contrôlé : moteur à cage, à bagues, à

résistances.

Les conditions dans lesquelles s’effectuent fermetures et

ouvertures :

Moteur lancé ou cale ou en cours de démarrage, inversion du sens rotation,

freinage à contre courant.

Tableau 13: Tableau détermination le Catégorie

En suit on doit déterminer le courant et la puissance en catégorie :



Tableau 14: Tableau d’un Courant et puissance en catalogue AC3

On cherche la colonne 220/240V et la ligne ou il y a 2.2KW, ce qui nous donne un première

référence incomplète qui est : LC1-DO9

Tableau 15 : Tableau d’un nombre de cycle en catalogue AC3

Contacteur auxiliaire d’un contacteur:

Tableau 16 : Tableau d’un contacteur auxiliaire



2.3. Choix d’un transformateur de tension (dimensionnement d’un transformateur)

2.3.1. Caractéristiques des récepteurs

- Caractéristiques contacteurs moteurs LC1-D09, D12, D18, D2500

- Caractéristiques contacteurs auxiliaires

- Caractéristiques Lampes

3. Choix section du câble :

3.1. Détermination du la lettre de sélection :



Tableau1 : Tableau de détermination du la lettre de sélections

3.2. Détermination du facteur de correction en fonction de la terre de sélection et du

type d’installation :

Tableau2 : Tableau de Facteur de correction en fonction de la terre de sélection

3.3. Détermination du facteur de correction en fonction de la pose des conducteurs et

des câbles :



Tableau 15 : Tableau du facteur de correction en fonction de la pose des

conducteurs et des câbles

3.4. Détermination du facteur de correction en fonction de la température ambiante :

Température ambiante 35°C, K2=0.93

Tableau16 : Tableau du facteur de correction en fonction de la température



3.5. Tableau de détermination section de câble :

Tableau 17 : Tableau de détermination section de câble pour le disjoncteur du STEG

La section du conducteur trouvée pour le disjoncteur du STEG

En se plaçant sur la ligne correspondant à la lettre de sélection B, dans la colonne PR3,

on choisit la valeur immédiatement supérieure à 34.84

la section du conducteur trouvée pour le disjoncteur général

Pour calculer la section du câble on doit calculer le courant qui circule dans les équipements

Puissance(VA) Coefficient

d’utilisation

Puissance Coefficient

simultanée

Puissance

utilisation

max

Eclairage 320 1 320

0.7

10629

Puissance de

prise mono

16*230=3680 1 3680

Puissance de

prise triphasée 16*400* =11085 1 11085

Transformateur 100 1 100

10629

Ib= = 15.34 A

400*



Donc Courant nominal In= 16A

Iz= In = 16A avec K=0.574

Alors I’z = Iz / k Donc I’z= 27.87 A

En se plaçant sur la ligne correspondant à la lettre de sélection B, dans la colonne PR3,

On choisit la valeur immédiatement supérieure à 27.87A,

Tableau 18 : Tableau de détermination section de câble pour le disjoncteur général

la section du conducteur trouvée pour les deux pompes

Ib = 4.17 A

Donc Iz=In= 6A

I’z = Iz/ K = 6/0.574 = 10.45A

on choisit la valeur immédiatement supérieure à 10.45A



Tableau 19 : Tableau de détermination section de câble pour les deux pompes

la section du conducteur trouvée pour le circuit de commande :

Ib = 5A

Ib : Courant d’emploi du circuit (courant qui ca circuler dans les conducteurs).

In = 6A

Donc Iz= In=6A

I’z = Iz /K = 6/0.574

I’z= 10.45A

On choisit la valeur immédiatement supérieure à 10.45A



Tableau18: Tableau de détermination section de câble pour le circuit de commande



INDEX

Bibliographie

1. le catalogue Schneider

2. Le catalogue télémécanique

3. Le guide UTE C 15-105 décrit une méthode de détermination du courant maximal

d’emploi

4. le "GUIDE DE L'INSTALLATION ELECTRIQUE " de SCHNEIDER Electric.

5. M. Vial « Electricité professionnelle » juillet 1999

6. http://www.lesitemsma.net

7. http://www.courselec.free.fr

8. http://www.installationselectriques.net

9. http://lva93.ac-creteil.fr

10. http://pamelard.electro.pagesperso orange.fr

11. http://fr.wikipedia.org

12. http://www.rafi.de

13. http://www.geea.org

http://www.geea.org/



Liste des abréviations :

NB : niveau bas

NH : niveau haut

RM : Relais manque tension

ONAS : office national de L’assainissement

H2S : d’hydrogène de soufre

AUT : automatique

manu : manuelP2

API : automate programmable industrielle

Grandeur physique :

In : Courant nominal

Icc : Courant de court-circuit

Id : Courant de démarrage

Ib : Courant maximal d’emploi (courant circule dans le circuit)

IZ : Courant admissible dans la canalisation

Un : Tension nominal

Pn : Puissance nominal

Cos : Facteur de puissance

L : Longueur (m)

S : Section du câble (mm2)

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