Distribution lectrique basse tensionApplication aux navires

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2. les principales architectures de la distribution BTLa distribution BT se ralise, depuis le tableau gnral basse tension, l'aide de canalisations et de tableaux basse tension. La canalisation regroupe les conducteurs isols et ses moyens de fixation et de protection mcanique : elle est la ralisation concrte des circuits lectriques. La division en circuits : c'est la disponibilit de l'nergie lectrique qui prside la division des circuits, elle permet : de limiter les consquences d'un dfaut au seul circuit concern, de faciliter la recherche d'un dfaut, de permettre les oprations d'entretien sur un circuit sans couper toute l'installation. D'une manire gnrale, il faut prvoir des circuits diffrents : pour l'clairage (sige de la majorit des dfauts d'isolement), pour les prises de courant, pour les appareils de chauffage et de climatisation, pour la force motrice, pour l'alimentation des auxiliaires (circuits de contrle, commande), pour les circuits de scurit (clairage de scurit, circuits de service d'incendie, etc.). Les principales configurations de distribution basse tension sont dcrites ci-dessous : 2.1 distribution radiale arborescente : D'usage gnral, c'est la plus employe en France. Elle peut tre ralise comme indiqu dans les figures ci-dessous : Avantages : Seul le circuit en dfaut est mis hors service. Localisation facile du dfaut. Opration d'entretien sans coupure gnrale. inconvnients : Un dfaut au niveau des dparts principaux affecte les niveaux des dparts divisionnaires et des dparts terminaux. Par conducteurs (fig 1 ), dans les btiments ddis une application prcise : habitat, htels, btiments agricoles, coles, etc.

Figure 2-1distribution radiale arborescente 3 niveaux par conducteurs

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Avantages : peu de contraintes de passage : gaines techniques, chemins de cbles, profils, goulottes, conduits, etc.

Figure 2-2distribution radiale arborescente canalisations prfabriques au niveau divisionnaire

Avantages : flexibilit de linstallation lectrique dans les locaux espace non cloisonn, facilit de mise en uvre.

Figure 2-3 distribution radiale arborescente systme prfabriqus au niveau terminal

Avec canalisations prfabriques au niveau terminal : par exemple bureaux, laboratoires, etc. Avantages : flexibilit et esthtique des circuits terminaux dans les locaux cloisonnement volutif, facilit de mise en uvre.

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Distribution radiale pure (dite en peigne) : elle est surtout utilise pour la commande centralise de process ou dinstallations ddies une application prcise, leur gestion, leur maintenance et leur surveillance. Avantages : sur dfaut (autre quau niveau gnral) coupure dun seul circuit. Inconvnients : surabondance de cuivre due la multiplicit des circuits. Les caractristiques de lappareillage de protection des dparts doivent tre leves (proximit de la source).

Figure 2-4 distribution radiale pure ou en peigne

Le TGBT (tableau gnrale de distribution basse tension) : Le point de dpart de l'tude d'une installation lectrique et de l'implantation gographique des tableaux gnraux basse tension est la rpartition gographique des puissances d'utilisation, reprsente sur un plan du btiment. Le poste HT/BT les sources de remplacement de forte puissance et, par consquent, le TGBT ont intrt tre placs au centre de gravit des points de consommation d'nergie. Mais bien d'autres considrations sont prendre en compte, en particulier, l'accord du distributeur d'nergie sur l'implantation du poste HT/BT. Le tableau est le lieu o sont rassembls les lments de rpartition et l'appareillage de sectionnement, de commande et de protection de l'installation lectrique. Il se compose de plusieurs parties appeles units fonctionnelles. Chaque unit fonctionnelle regroupe tous les lments mcaniques et lectriques qui concourent l'excution d'une fonction de l'installation. C'est un maillon essentiel de la chane de sret de fonctionnement. En consquence, le type de tableau doit tre parfaitement adapt son application. Sa conception et sa ralisation doit tre conforme aux normes en vigueur et respecter les rgles de l'art. L'enveloppe d'un tableau offre une double protection : la protection de l'appareillage contre les vibrations, chocs mcaniques et autres agressions externes, la protection des personnes contre les chocs lectriques.

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Figure 2-5 tableau gnrale de distribution lectrique type navire

Figure 2-6 passage de schma IT en TT (voir plus loin les rgimes de neutres)

Dans les installations importantes, deux tensions sont en gnral ncessaires, fonctions des rcepteurs utiliss : 400 V pour l'alimentation des circuits force (process), 230 V pour l'alimentation des circuits clairage et prises de courant. Lorsque le neutre n'est pas distribu, des transformateurs BT/BT seront installs lorsqu'il sera ncessaire d'en disposer. Ces transformateurs prsentent l'avantage de sparer galvaniquement les circuits, autorisant le changement de rgime de neutre et amliorant l'isolement principal. Se donner les moyens d'atteindre un objectif de sret de fonctionnement, c'est d'abord assurer la continuit et la qualit de l'nergie lectrique fournie aux bornes d'un rcepteur. 2.2 La continuit de l'nergie lectrique : La continuit de l'nergie lectrique s'obtient par la division des installations et l'utilisation de plusieurs sources, la mise en place d'alimentations de secours, la subdivision des circuits, le choix des liaisons la terre et la slectivit des protections. 6

2.2.1 La division des Installations et l'utilisation de plusieurs sources : Si la puissance installe est importante, l'utilisation de plusieurs transformateurs permet d'isoler les rcepteurs contraintes ou caractristiques particulires : niveau d'isolement susceptible de variation, sensibilit aux harmoniques (ex : locaux informatiques), gnrateurs de creux de tension (ex : dlestages de moteurs de forte puissance), gnrateurs d'harmoniques. 2.2.2 La mise en place d'alimentations de secours : Deux postes HT/BT, les groupes lectrognes, les centrales prives, les alimentations statiques ininterrompues (ASI), comme les blocs autonomes d'clairage de scurit en sont des exemples. 2.2.3 La subdivision des circuits : De cette manire un dfaut qui affecte un circuit d'importance secondaire ne prive pas d'alimentation un circuit prioritaire. La sparation des circuits, organise en fonction des grands textes rglementaires et des contraintes d'exploitation, est une subdivision rglemente des circuits.

Figure 2-7 exemple dassociation dalimentation de secours et de subdivision des circuits

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Figure 2-8 exemple dalimentation double

3. SCHEMA GENERAL DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE DUN NAVIRE :

3.1 2.1. Rglementation : 2.1.1. Dispositions internationales L'installation lectrique bord des transbordeurs doit rpondre aux exigences de scurit fixes par la rglementation internationale. En 1992, la rglementation internationale applicable aux installations lectriques bord des transbordeurs est la Convention Internationale pour la Sauvegarde de la Vie en Mer ( SOLAS). Les rgles concernant ce sujet sont les suivantes : Chapitre II-1 - Partie D Rgles 40 45, sauf la rgle 43 qui s'applique aux navires de charge, et la rgle 53 pour les navires automatiss. Les rgles 42 - 44 et 45 ayant t amendes en 1992. 3.1.1 2.1.1.1. Rgle 40 :

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Cette rgle impose d'avoir une source principale d'une puissance suffisante dans tous les cas de fonctionnement "normaux" et qui alimente donc les services essentiels en situation normale. De plus ces services doivent aussi tre aliments par une autre source, que l'on appelle de secours, dans les situations critiques. 3.1.2 2.1.1.2. Rgle 41 : Il faut diviser la puissance installe en un nombre de sources tel que la puissance restante si l'une d'elles s'arrte soit suffisante pour assurer la propulsion, la scurit et un confort minimum avec un certain nombre de contraintes supplmentaires. Il faudra bien sr que l'installation permette d'alimenter ces services en cas de dfaillance de n'importe quel groupe. Impose un circuit d'clairage principal suffisant et un autre de secours, ces deux circuits tant compltement indpendants. Barres principales divises en deux parties au moins si la puissance installe est suprieure 3 000 kW avec rpartition quitable des appareils sur les deux parties. 3.1.3 2.1.1.3 Rgle 42 : Impose une source de secours et fixe les limites de son emplacement. Autorise exceptionnellement le couplage de la source de secours et d'une source principale, le temps de ce couplage doit tre limit. Ceci permet de ralimenter le navire par le tableau principal lorsque seule la source de secours est en service, aprs un black-out par exemple, en couplant le tableau principal et le tableau de secours pendant un temps limit mais suffisant pour que la source principale prenne la charge du tableau de secours (en gnral quelques secondes). Ceci vite donc de dcoupler la source de secours avant de coupler la ou les sources principales, donc de repasser par un dclenchement gnral. La source de secours doit pouvoir alimenter pendant au moins 36 heures un certain nombre de services a,>ec quelques amnagements possibles selon la ligne et la taille du navire. Fixe les contraintes minimum pour la source de secours suivant qu'il s'agit d'un groupe ou d'une batterie d'accumulateurs. S'il s'agit d'un groupe il faut, en plus une source transitoire telle que ci-dessous. La source transitoire doit tre une batterie d'accumulateurs de capacit suffisante pour alimenter pendant une 1/2 heure les services mentionns sauf conditions particulires. Prcise les limites de l'emplacement des sources et impose un voyant pour signaler que les batteries sont en dcharge. Impose que le tableau de secours soit aliment, en fonctionnement normal, par le tableau principal, via ce qu'on appelle "la traverse". Autorise d'alimenter d'autres services que ceux de secours mentionns plus haut, condition qu'ils soient dbranchs automatiquement en situation critique. Impose les limites de fonctionnement et des contrles sur les sources de secours.

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3.1.4 2.1.1.4. Rgle 44 : Amendements de 1992 Cette rgle prvoit les conditions limites pour lesquelles le ou les diffrents systmes de dmarrage de la source de secours doivent fonctionner.

3.1.5 2.1.1.5. Rgle 45 : Impose de raccorder la masse des appareils lectriques la coque, donc le rgime de distribution est IT ou TT. Impose une isolation lectrique et mcanique, donc d'appliquer le code IP correspondant la situation de l'appareil. Impose des rgles gnrales pour la constitution des tableaux lectriques principaux. Impose un contrleur d'isolement avec alarme pour le rgime IT, ce qui est conforme la lgislation terre, le rgime IT obligeant de dtecter le premier dfaut et d'y remdier. Dispositions amliorant la lune contre le feu et limitant les risques de courtcircuit. Impose des disjoncteurs avec un pouvoir de coupure suffisant et des fusibles ventuellement. Dispositions vitant les risques lis aux vapeurs inflammables en particulier celles des batteries. Dispositions vitant un incendie d'origine lectrique dans les locaux sensibles en particulier ceux des batteries. Impose d'assurer l'alimentation lectrique des services essentiels en cas d'incendie dans n'importe quel endroit du navire en loignant au maximum les cbles des circuits principaux et de secours.

3.1.6 2.1.1.6. Rgle 53 : Nota : cette rgle se trouve dans la Partie E - PRESCRIPTIONS SUPPLMENTAIRES APPLICABLES AUX LOCAUX DE MACHINES EXPLORES SANS PRSENCE PERMANENTE DE PERSONNEL, elle s'applique normalement aux navires de charge mais la rgle 54 l'impose en fait comme un minimum absolu pour les navires passagers exploits sans prsence permanente de personnel la machine. Ncessit de prvoir des dlestables si l' nergie lectrique peut tre fournie par une seule source ce qui peut tre le cas sur un transbordeur par raison d'conomie d'nergie. Ce qui impose au moins une double alimentation pour les services auxiliaires essentiels l'appareil propulsif. Impose la supplance des auxiliaires essentiels la propulsion et la centralisation des alarmes. 10

3.1.7 2.2. Rglementation nationale : Il s'agit des textes suivants : Loi 83-581 du 05 juillet 1983 sur la sauvegarde de la vie humaine en mer, l'habitabilit bord des navires et la prvention de la pollution ~JO du 6 juillet 1983) Dcret 84-810 du 30 Aot 1984 modifi par le dcret 87-789 du 28 Septembre ( JO du Ier Septembre 1984 et du 29 Septembre 1987). Arrt du 23 Novembre 1987 relatif la scurit des navires ( JO du 27 Fvrier 1988 ). Rglement sur la scurit des navires annex l'arrt ci-dessus. Les divisions de ce rglement reprennent les dispositions de la rglementation SOLAS en l'adaptant la rglementation Franaise. 3.1.8 2.3. Architecture gnrale du circuit de distribution d'nergie lectrique d'un transbordeur : En rsum ces considrations rglementaires obligent donc avoir une installation lectrique pour une puissance suprieure 3MW rpondant au minimum aux critres suivants : un tableau principal constitu de deux jeux de barres sparables; au moins deux sources principales telles qu'en cas d'indisponibilit de l'une d'entre elles, il soit encore possible de garantir les conditions normales de propulsion et de scurit ainsi que les conditions minimales de confort et d'habitabilit; une source autonome de secours qui alimente automatiquement les services essentiels et uniquement ceux-ci en cas d'indisponibilit de toutes les sources principales; une source transitoire qui alimente certains de ces services essentiels, qualifis de services de survie, pendant un temps minimal en cas de dfaillance de toutes les autres sources; des services essentiels pour la propulsion aliments par deux circuits indpendants (double alimentation); des services non indispensables qui soient dlestables automatiquement en cas de surcharge pour garantir l'alimentation des services essentiels;

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220 V

D5

tableau de secours D4 440 V D8 D3 D7GS Alim Terretableau secondaire auxiliaires de Navigation

clairage

tableau secondaire appareil gouverner Bd

TRAVERSE

batteries sauvegarde

tableau secondaire appareil gouverner

tableau de sauvegarde 48VccTd clairage sauvegarde, appareils de navigation, radio

tableau secondaire auxiliaires pont AV

tableau secondaire auxiliaires pont AR

tableau principal

D2220V

440/220

V

440

V D1

clairage,G1

440

V G2

dlestables -cuisine

clairage,

-frigo vivres440/6600 Vtableau secondaire auxiliaires machine Bd

Mpropulseur AV

dmarreur auto-transfo

tableau secondaire auxiliaires machine Td

Mpropulseur AR

tableau secondaire

D6prioritaires

auxiliaires machine

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des exigences concernant l'emplacement des sources, le passage des cbles, le rgime du neutre et de la masse des appareils; des restrictions concernant les appareils installs dans les locaux sensibles. Ce qui impose un schma lectrique conforme celui reprsent ci-dessous :

Schma gnral de distribution lectrique type navire :

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3.2 DISTRIBUTION ELECTRIQUE A BORD DES NAVIRES La production de lnergie lectrique est assure par des groupes lectrognes qui alimentent un rseau de distribution tension constante (gnralement 380 V-50 Hz ou 440 V-60 Hz). La conception de linstallation tient compte des conditions particulires de la navigation : vibrations, roulis, tangage, bande, corrosions, tempratures pouvant tre leves ... Entre les alternateurs et les rcepteurs, on trouve les tableaux lectriques. Quest-ce quun tableau lectrique ? Le tableau est le lieu o sont rassembls les lments de rpartition et lappareillage de sectionnement, de commande et de protection de linstallation lectrique. 3.2.1 Le tableau principal : Il reoit la production dnergie lectrique des groupes principaux et il permet de redistribuer cette nergie vers les appareils utilisateurs soit directement, soit via dautres tableaux (secondaires et autres). Situ dans un endroit accessible et bien ventil, le tableau comprend un jeu de barres; ces barres sont en cuivre, fixes rigidement sur des isolants dans la partie haute du tableau, de forme et section suffisante pour viter les chauffements et rsister aux efforts lectrodynamiques dus aux ventuels courants de court-circuit. Le tableau principal est scind en deux parties par un disjoncteur D1 et est reli au tableau de secours par la traverse. Il assure lalimentation de tableaux divisionnaires et dun rseau 220 V pour lclairage et llectromnager. Les cellules de couplage des alternateurs principaux sont gnralement situs dans la partie centrale du tableau, la distribution vers les rcepteurs se faisant de part et dautre de ces cellules. 3.2.2 Distribution : Les matriels aliments sont classs en deux catgories : * services essentiels ou services vitaux (ncessaires la scurit, la propulsion et la navigation). * services non essentiels ou dlestables (cuisines, frigo vivres...). Lorsque les matriels services essentiels sont en double, chacun des cts du tableau principal permet lalimentation de lun de ces matriels. Les disjoncteurs de ces dparts ne sont pas munis dun dispositif ouverture par manque de tension. Les services essentiels doivent tre aliments, soit directement partir dun tableau principal, soit par lintermdiaire dun tableau divisionnaire aliment lui aussi directement partir dun tableau principal. Lorsque la charge sur les alternateurs augmente, pour viter de dpasser I nominal, une dtection de maximum dintensit enclenche la procdure de dlestage qui aura pour effet dliminer un certain nombre dappareils non essentiels. Afin dviter le dlestage brutal dun grand nombre de rcepteurs, cette procdure est gnralement effectue en plusieurs temps. 3.2.3 Le tableau de secours : Il est situ en dehors du local o se trouve lappareil propulsif, au dessus du pont continu le plus lev. Il peut tre aliment soit par le gnrateur de secours GS, soit par le tableau principal par lintermdiaire de la traverse. Il comporte galement une prise dalimentation par un rseau venant de la terre. En fonctionnement normal la mer, il alimente : 14

* le rseau sauvegarde 48 V courant continu, * lappareil gouverner bbord par exemple, le tribord tant aliment par le tableau principal, 3.2.4 La traverse : En fonctionnement normal, elle permet dalimenter le tableau de secours partir du tableau principal. En cas de manque de tension, sur incident au tableau principal, elle permet disoler ce dernier en ouvrant le disjoncteur D2. 3.2.5 Les dparts : Ils peuvent tre classs en trois catgories : les dparts prioritaires qui sont aliments par le tableau principal ou par le tableau de secours par permutation automatique : tableau auxiliaires prioritaires machine tableau auxiliaires de navigation tableau sauvegarde 48 V cc (clairage, navigation, radio); les dparts normaux, alimentation des tableaux secondaires des auxiliaires pont et machine non prioritaires; les dparts dlestables dont la coupure peut tre effectue sans gner la marche du navire et permettre ainsi de ne pas dpasser la charge nominale des alternateurs en service (exemples : cuisines, prises camions sur les ferry, ...) Le cas des propulseurs dtrave est un peu part tant donne la forte puissance du moteur et son implantation. Le moteur du propulseur dtrave situ prs du tableau principal dmarre par autotransformateur. Celui qui est trs loign du tableau principal dmarre en direct en utilisant une tension leve : 6600 V. 3.2.6 Cas du black-out : A la mer, le tableau principal est normalement aliment par un ou plusieurs groupes lectrognes, le tableau de secours est aliment par la traverse. Les disjoncteurs D1, D2, D3, D4, D5 sont ferms. En cas de disjonction gnrale (manque de tension), le disjoncteur de traverse D2 souvre par sa bobine de manque de tension; le manque de tension au niveau du tableau principal est dtect par des relais de tension placs sur les barres principales. Ces relais de tensions ordonnent, aprs une temporisation de 2 secondes, le dmarrage du groupe lectrogne de rserve. Pendant ce temps, le manque de tension dtect au niveau du tableau de secours provoque, aprs temporisation de 2 s, le dmarrage du groupe de secours et lenclenchement de son disjoncteur D8, ainsi que le basculement des disjoncteurs D6 et D7. Aprs le black-out, les deux tableaux (principal et de secours) sont donc spars et aliments chacun par un groupe. Afin de rtablir la situation normale existant avant le black-out, il suffit de procder au couplage du tableau de secours (en manuel ou en semi-automatique) depuis le tableau principal par le disjoncteur D2.

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3.3 Le choix adapt des schmas des liaisons la terre : Le schma lT en particulier, vite le dclenchement au premier dfaut d'isolement. Utilis dans un environnement adapt, il permet d'viter toute interruption d'alimentation. 3.4 La slectivit des protections : Contre les surintensits ou contre les dfauts la terre vite la mise hors tension de toute ou partie de l'installation en cas de dfaut sur un circuit particulier. Elle circonscrit l'ouverture des protections l'appareil juste en amont du dfaut. Les rseaux de distribution publique ou prive sont source de perturbations de caractre continu ou simplement transitoire. Les plus importantes en termes de conception ou d'exploitation de rseau, sont : les creux de tension ou ses variations brusques, les surtensions, les harmoniques, en particulier de rang impair (3, 5...), les phnomnes haute frquence. 3.4.1 les creux de tension : 3.4.1.1 Types de creux de tension : Ils sont de dures trs diffrentes. On peut distinguer, de ce point de vue ceux : infrieurs 0,1s : dfauts limins rapidement d'origine diverse (ex : dfaut sur un dpart BT; ce sont les plus nombreux. de 0,1 0,5 s : c'est la majorit des dfauts qui affectent le rseau HT au del de 0,5 s : le dfaut n'est pas limin naturellement pendant le renclenchement automatique de 15 s et une intervention s'avre ncessaire. 3.4.1.2 Consquences et solutions On peut citer, parmi les nombreuses consquences ngatives possibles, et leurs solutions : pour l'appareillage : risque d'appel de courant maximal au retour de la tension du rseau et dclenchement gnral. On y remdie par la mise en place d'un dlestage/relestage automatique. pour les applications : perturbations importantes, par exemple : - sur la gestion : pertes d'informations ou destruction de programmes, - sur l'informatique, - sur l'clairage d'installations particulires (aroports) ; - sur les process : rupture de process, avec des consquences conomiques importantes. On y remdie en installant un onduleur voire un groupe tournant temps zro ou on ralise une tude particulire. pour les machines tournantes : risque de court-circuit d l'opposition de phase entre la tension du rseau et la force contre lectromotrice prsente aux bornes du moteur. On y remdie en procdant l'adaptation de l'inertie la dure des creux de tension.

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pour les lampes : viter celles dont le rallumage demande plusieurs minutes. 3.4.2 Les surtensions 3.4.2.1 types de surtensions On distingue principalement, selon leur origine : les surtensions dues des coups de foudre de proximit, dites surtensions d'origine atmosphrique. Elles affectent principalement les installations directement relies au rseau public. Leur niveau et leur frquence sont lis principalement aux types de rseau de distribution concern (arien ou souterrain) et au niveau kraunique de la rgion. Niveau kraunique : nombre de jours par an o l'on entend le tonnerre. les surtensions de manoeuvre. Les manoeuvres haute tension et la fusion des fusibles BT donnent lieu des surtensions assez nergtiques. les surtensions dues des dfauts directs HT/BT. La ralisation des prises de terre des masses du poste HT/BT appropries (cf. NF C 13-200 et NF C 15-100 442.1) en limite la valeur. 3.4.3 Consquences et solutions : Les rcepteurs sensibles des installations industrielles, tertiaires ou domestiques doivent rsister ces surtensions. Les moteurs (risque de dfauts d'isolement interne), les matriels de traitement de l'information ou lectroniques (risque de destruction de leurs composants lectroniques) y sont relativement sensibles et peuvent ncessiter une protection spcifique. Dans les installations industrielles, la protection contre les surtensions est considre comme ralise lorsque les matriels supportent sans dommage les tests frquence industrielle et lorsque les mesures ci-dessous sont prises contre les phnomnes transitoires. tests frquence industrielle. Tenue dilectrique frquence industrielle des matriels, gnralement 2 U + 1000 vots/1mn. En schma lT, la prsence de limiteurs de surtension est obligatoire pour protger l'installation contre les surtensions frquence industrielle. mesures contre les surtensions transitoires. Ces mesures consistent utiliser des matriels de tenue suffisante ou les protger l'aide de parafoudres disposs l'origine de l'installation ou coordonns entre eux (consulter les fournisseurs). Linterposition de transformateurs peut galement minimiser leur influence. tenue des matriels Leur tenue est caractrise par des essais l'onde de choc normalise 1,2/50 s une valeur assigne dsigne par Uimp (imp comme impulsion). 3.4.4 les courants et tensions harmoniques : Sources et types dharmoniques

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Les sources d'harmoniques sont principalement : les machines lectriques noyau magntique : inductances satures, transformateurs vide, machines tournantes, leurs carcasses magntiques sont l'origine dharmoniques impairs (en particulier de rang 3), salles d'ordinateurs, ballast de tubes ou de lampes pour l'clairage, les convertisseurs statiques triphass et les alimentations dcoupage l'origine d'harmoniques variables selon la technologie de ralisation (de rang 5 et 7 frquemment, ou de rang 2), les fours arc : Ils crent un spectre continu de perturbations. Si leur alimentation est faite par un redresseur statique (fours arc courant continu) le spectre des perturbations continues est de moindre amplitude mais on retrouve les harmoniques lis l'usage d'un redresseur statique. Consquences Les harmoniques entranent, parmi d'autres, les consquences suivantes : surdimensionnement de certains composants de l'installation : surdimensionnement des conducteurs d'alimentation (se renseigner auprs des constructeurs des produits correspondants) ; surdimensionnement du neutre en particulier des circuits d'clairage : titre d'exemple un taux de 33 % d'harmonique 3 sur un circuit triphas conduit une charge de 100 % du neutre, surdimensionnement des alternateurs des groupes lectrognes (consulter les fournisseurs de redresseurs statiques monophass ou d'onduleurs) selon la qualit de l'alternateur (valeur de la ractance subtransitoire) et la nature des charges, surdimensionnement des batteries de condensateurs. chauffements locaux des circuits magntiques de moteurs. phnomnes de rsonance possible en prsence de batteries de condensateurs : le fournisseur de ceux-ci doit tre mme de proposer les filtres qui pourraient s'imposer ; Solutions : d'une faon gnrale, une installation ne peut tolrer un pourcentage trop important dharmoniques : titre indicatif la limite de 5% est souvent donne. Le contrle de ce taux consiste en : l'utilisation de transformateurs /Y BT/BT pour isoler les gnrateurs dharmoniques la mise en place de filtres. lls sont de deux types : shunt rsonant : extrmement efficaces sur un harmonique de rang particulier (5 par exemple), ils s'utilisent donc en association. filtres amortis : moins efficaces mais sur des spectres de frquence plus tendus.

4. dfinitionsLa NF C 15-100 et le dcret sur la protection des travailleurs du 14 nov. t 988 dfinissent les lments mis en oeuvre dans les liaisons la terre de faon claire et prcise. Voici extraits les principaux termes utiles. prise de terre : corps conducteur enterr, ou ensemble de corps conducteurs enterrs et interconnects, assurant une liaison lectrique avec la terre (avec la coque du navire).

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terre : masse conductrice de la terre (coque du navire), dont le potentiel lectrique en chaque point est considr comme gal zro (rfrence thorique). prises de terre lectriquement distinctes : prises de terre suffisamment loignes les unes des autres pour que le courant maximal susceptible d'tre coul par l'une d'elle ne modifie pas le potentiel des autres. rsistance de terre ou rsistance globale de mise la terre : rsistance entre la borne principale de terre (6) et la terre (coque du navire). conducteur de terre : conducteur de protection reliant la borne principale de terre la prise de terre (coque du navire). masse : partie conductrice d'un matriel lectrique susceptible d'tre touche par une personne, qui n'est normalement pas sous tension mais peut le devenir en cas de dfaut d'isolement des parties actives de ce matriel (par exemple carcasse dun poste de soudure larc, carcasse dune machine laver, dun rfrigrateur). conducteur de protection : conducteur prescrit dans certaines mesures de protection contre les chocs lectriques et destin relier lectriquement certaines des parties suivantes: masses ; lments conducteurs ; borne principale de terre ; prise de terre ; point de mise la terre de la source d'alimentation ou point neutre artificiel. lment conducteur tranger l'installation lectrique (par abrviation, lment conducteur) : sont considrs notamment comme lments conducteurs : le sol ou les parois non isolantes, les charpentes ou armatures mtalliques de la construction, les canalisations mtalliques diverses (eau, gaz, chauffage, air comprim, etc.) et les matriels mtalliques non lectriques qui leur sont relis. conducteur d'quipotentialit : conducteur de protection assurant une liaison quipotentielle. borne principale ou barre principale de terre : borne ou barre prvue pour la connexion aux dispositifs de mise la terre de conducteurs de protection, y compris les conducteurs d'quipotentialit et ventuellement les conducteurs assurant une mise la terre fonctionnelle.

5. Dfinition des diffrents schmas des liaisons la terre :Les schmas des liaisons la terre sont appels aussi rgimes de neutre d'une installation BT. Ils caractrisent le mode de raccordement la terre du neutre du secondaire du transformateur HT/BT ou de la source et les moyens de mise la terre des masses de l'installation. Le choix de ces liaisons conditionne les mesures de protection des personnes contre les contacts indirects.

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Plusieurs types de schma des liaisons la terre peuvent coexister l'intrieur d'une mme installation. On trouve les schmas suivants :

rgime TT TN IT

endroit o est reli le neutre Terre Terre Impdant ou Isol

endroit o est reli la masse Terre Neutre Terre

5.1 schma TT (neutre la terre) : Un point de l'alimentation est reli directement la terre. Les masses de l'installation sont relies une prise de terre lectriquement distincte ou non de la prise de terre du neutre. Elles peuvent tre confondues de fait sans incidence sur les conditions de protection.L1

Y

L2 L3 N

PE

Figure 5-1 schma T T

5.2 schma TN (mise au neutre) : Un point de l'installation, en gnral le neutre, est reli directement la terre. Les masses de l'installation sont relies ce point par le conducteur de protection. On distingue les schmas suivants : 5.2.1 Schma TN-C : Le conducteur de protection et le conducteur neutre sont confondus en un seul conducteur appel PEN. Ce schma est interdit pour des sections infrieures 10 mm2 et pour des canalisations mobiles. Le schma TN-C ncessite la cration d'un systme quipotentiel pour viter la monte en potentiel des masses et lments conducteurs. Il est par consquent ncessaire de relier le conducteur PEN de nombreuses prises de terre rparties dans l'installation.L1

Y

L2 L3

20

PEN

Figure 5-2 schma T N-C 5.2.2 Schma TN-S : Le conducteur de protection et le conducteur neutre sont distincts. Les masses sont relies au conducteur de protection (PE). Le schma TN-S (5 fils) est obligatoire pour les circuits de section infrieure 10 mm2 en cuivre et 16 mm2 aluminium pour les canalisations mobiles.

L1

Y

L2 L3 N PE

Figure 5-3 schma T N-S 5.2.3 Schma TN-C/S : Les schmas TN-C et TN-S peuvent tre utiliss dans une mme installation. En schma TN-C/S, on ne doit jamais utiliser le schma TN-C (4 fils) en aval du schma TN-S (5 fils).

T N-C

T N-S

5 X 50 mm

2

L1

Y

L2 L3 N

216 mm 16 mm2

2

16 mm PEN

2

16 mm

2

PE

Figure 5-4 schma T N - C/S

Attention : en schma TN-C, la fonction conducteur de protection lemporte sur la fonction neutre . En particulier, un conducteur PEN doit toujours tre raccord la borne terre dun rcepteur et un pont doit tre ralis entre cette borne et la borne du neutre.T N-C4 X 95 mm2

L1 L2 L316 mm2

10 mm

2

N

6 mm

2

PEN PEN6 mm2

PEN

bon

mauvais

bon

mauvais

PEN raccord sur la borne neutre interdit

S 10 mm2 TNC interdit

Figure 5-5 raccordement du PEN en schma TN - C

5.2.4 schma lT (neutre isol) : Aucune liaison lectrique n'est ralise intentionnellement entre le point neutre et la terre (fig ). Les masses d'utilisation de l'installation lectrique sont relies une prise de terre.

Y

22

Figure 5-6 schma I T (neutre isol)

En fait tout circuit possde naturellement une impdance de fuite due aux capacits et rsistances d'isolement rparties entre les phases et la terre (fig 4.7 ci-dessous ). Exemple : (fg 4 8 ci-dessous) Dans un rseau triphas de 1km, l'impdance quivalente Zct des capacits C1, C2, C3 et des rsistances R1, R2, R3 ramene au neutre est de l'ordre de 3 4000 Ohms.

Y

HT/BT

C1

C2

C3

R1

R2

R3

Figure 5-7 : impdance de fuite en schma IT

HT/BT Figure 5-8 : impdance quivalente aux impdances de fuite en schma IT

5.2.5 schma lT (neutre impdant) : Une impdance Zs (de l'ordre de 1000 Q 2000 Q) est intercale volontairement entre le point neutre du transformateur et la terre (fig. ). Les masses d'utilisation sont relies une prise de terre.

Y23

HT/BT

6. Caractristiques des schmas T T, T N, I T :6.1 schma T T :

Nota : si les masses d'utilisation sont relies en plusieurs points la terre, il faut installer un DDR sur chacun des groupes de dparts relis la mme prise de terre. principales caractristiques : solution la plus simple l'tude et l'installation, elle est utilisable dans les installations alimentes directement par le rseau de distribution publique basse tension. ne ncessite pas une permanence de surveillance en exploitation (seul un contrle priodique des dispositifs diffrentiels peut tre ncessaire). la protection est assure par des dispositifs spcifiques, les DDR qui permettent en plus la prvention des risques d'incendie lorsque leur sensibilit est < 500 mA.

Y

YZs 24

chaque dfaut d'isolement entrane une coupure. Cette coupure est limite au circuit en dfaut par l'emploi de plusieurs DDR en srie (DDR slectifs) ou en parallle (slection des circuits) les rcepteurs ou parties d'installation, qui sont la cause en marche normale de courants de fuite importants, doivent faire l'objet de mesures spciales pour viter les dclenchements indsirables (alimenter les rcepteurs par transformateurs de sparation ou utiliser des diffrentiels adapts. En schma TT : Techniques de protection des personnes : mise la terre des masses associes lemploi de dispositifs diffrentiels rsiduels. Techniques dexploitation : coupure au premier dfaut disolement. 6.2 Schma T N :

Y

PEN

Figure 6-1 schma TN-C

Y

N PE

25

Figure 6-2 schma TN-S principales caractristiques Le schma TN d'une manire gnrale : est utilisable uniquement dans les installations alimentes par un transformateur HT/BT ou BT/BT pav, ncessite des prises de terre uniformment rparties dans toute l'installation, ncessite que la vrification des dclenchements sur premier dfaut d'isolement soit obtenue l'tude par le calcul et, obligatoirement la mise en service par des mesures, ncessite que toute modification ou extension soit conue et ralise par un installateur qualifi, peut entraner, en cas de dfaut d'isolement, une dtrioration plus importante des bobinages des machines tournantes, peut prsenter, dans les locaux risque d'incendie, un danger plus lev du fait des courants de dfaut plus importants. En schma TN : Technique de protection des personnes : interconnexion et mise la terre des masses et du neutre impratives, coupure au premier dfaut par protection de surintensit (disjoncteurs ou fusibles). Technique dexploitation : coupure au premier dfaut disolement. Le schma TN-C de plus : peut faire apparatre une conomie l'installation (suppression d'un ple d'appareillage et d'un conducteur). implique l'utilisation de canalisations fixes et rigides (NF C 15-100 413-1-32). Le schma TN-S de plus : s'emploie mme en prsence de conducteurs souples ou de conduits de faible section. permet par la sparation du neutre et du conducteur de protection de disposer d'un PE non pollu (locaux informatiques, locaux risques). est obligatoire dans les locaux prsentant des risques d'incendie.

6.3 Schma IT :

26

Y

Figure 6-3 schma IT principales caractristiques : solution assurant la meilleure continuit de service en exploitation. la signalisation du premier dfaut d'isolement suivie de sa recherche et de son limination, permet une prvention systmatique de toute interruption d'alimentation. utilisation uniquement dans les installations alimentes par un transformateur HT/BT ou BT/BT pav. ncessite un personnel d'entretien pour la surveillance et l'exploitation. ncessite un bon niveau d'isolement du rseau (implique la fragmentation du rseau si celui-ci est trs tendu, et l'alimentation des rcepteurs courant de fuite important par transformateurs de sparation). la vrification des dclenchements pour deux dfauts simultans doit tre assure l'tude par les calculs, et obligatoirement la mise en service par des mesures l'intrieur de chaque groupe de masses interconnectes. Technique de protection : interconnexion et mise la terre des masses, signalisation du premier dfaut par contrleur permanent disolement, coupure au deuxime dfaut par protection de surintensit (disjoncteurs ou fusibles), Technique dexploitation : surveillance du premier dfaut disolement, recherche et limination obligatoires du dfaut, coupure en prsence de deux dfauts disolement simultans. 6.3.1 mise en oeuvre du schma lT Le schma lT n'exige pas la coupure automatique de l'alimentation ds l'apparition d'un dfaut d'isolement, appel "premier dfaut". En effet, dans ce type de schma, les masses de l'installation sont relies au neutre de l'installation qui est, soit : isol de la terre (neutre isol), soit

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reli la terre par une impdance leve (neutre impdant). Ce fort isolement par rapport la terre fait que lors d'un "premier dfaut" le courant de fuite est suffisamment faible pour ne pas tre dangereux. Ainsi l'exploitation peut continuer malgr le "premier dfaut", ce qui accrot la continuit de service. Ce schma ncessite en pratique la mise en oeuvre de mesures spcifiques : le contrle permanent de l'isolement par CPI, rendu obligatoire par le 4131-5-4 de la NF C 15-100, qui doit signaler le "premier dfaut" (signal sonore ou visuel) ainsi que la limitation des surtensions frquence industrielle ; la recherche du premier dfaut d'isolement par un service d'entretien efficace fortement souhaitable pour tirer tous les avantages de continuit de l'alimentation de ce schma. Cette recherche est de plus en plus facilite par l'apparition de matriels de localisation automatique. le dclenchement par dispositif de coupure automatique doit intervenir l'apparition de tout nouveau dfaut, appel "second dfaut".

7. protection contre les contacts indirectsCas du premier dfaut : la protection contre les contacts indirects lors du premier dfaut en schma lT est assure par le signal sonore ou visuel dlivr par le contrleur permanent d'isolement (CPI). Principe physique : Un gnrateur applique une tension de faible niveau BF ou continue entre le rseau surveiller et la terre. Ce signal se traduit par un courant de fuite que l'on peut mesurer et qui reflte l'tat de l'isolement du rseau. Les systmes basse frquence sont utilisables sur les installations courants continus et certaines versions peuvent faire la distinction entre la part rsistive et la part capacitive du courant la terre. Les ralisations modernes permettent de mesurer l'volution du courant de fuite : la prvention du premier dfaut devient ainsi possible. Les mesures sont transmises par bus en vue de leur exploitation automatique.

Exemples de matriel : recherche mobile manuelle.

28

Figure 7-1 le gnrateur peut tre fixe (exemple : XM100) ou mobile (exemple : GR10X portable permettant le contrle hors tension) et le rcepteur ainsi que la pince ampremtrique sont mobiles. recherche fixe automatique

Figure 7-2 recherche fixe automatique le contrleur permanent d'isolement XM 100 et les dtecteurs XD1 ou XD12 associs des tores installs sur chaque dpart permettent de disposer d'un systme de recherche automatique sous tension. En plus, l'appareil affiche le niveau d'isolement et possde deux seuils : un seuil de prvention et un seuil d'alarme. 7.1.1 Mise en oeuvre des CPI : branchement : Il est ralis l'origine de l'installation protger, entre la prise de terre des masses et gnralement le neutre du transformateur ou un neutre artificiel ; sur un navire, entre la coque et gnralement un neutre artificiel. alimentation : elle se fait par une source de haute fiabilit ou directement sur le rseau protger par l'intermdiaire de dispositifs de protection contre les surintensits, de pouvoir de coupure adapt. Impdance du CPI : afin d'assurer la scurit des personnes, le courant circulant dans les CPI est limit par la NF C 15-100 532.4-4 a moins de 30 mA en cas de dfaut franc. Si le neutre est mis la terre par une impdance (neutre impdant), le courant au travers du CPI et de cette rsistance doit rester infrieur 500 mA. rglages : la NF C 15-100 532-4-3 prconise un rglage 20 % audessous de la rsistance d'isolement de l'installation. Cette valeur permet de dtecter la fois les affaiblissements d'isolement ncessitant des oprations de maintenance prventives et celles qui ne correspondent pas un dfaut d'isolement vritable. La surveillance de ces derniers dfauts peut se faire un rglage plus bas. II est donc intressant de disposer de deux seuils de surveillance. A titre d'exemple : isolement de l'installation : 100 k, intensit de fuite admissible sans danger < 500 mA (risque d'incendie),

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affichage fait par l'oprateur : - seuil de prvention 0,8 x 100 = 80 k - seuil d'alarme : 300 mA. Notas : Aprs une mise hors tension prolonge, l'humidit peut rduire le niveau gnral d'isolement sans qu'il existe de dfaut prcis. Le CPI XM peut mesurer en permanence la capacit et la rsistance d'isolement du rseau et en dduit le seuil d'alarme correspondant. La modification manuelle reste toujours possible. Cas du 2ime dfaut : Lors du 2ime dfaut en schma lT, la NF C 15-100 impose la coupure automatique. Cette coupure est mise en oeuvre la conception de l'installation par le calcul des longueurs maximales de cble ne pas dpasser en aval d'un disjoncteur ou d'un fusible et l'installation par le respect des rgles de l'art.

8. les fonctions de l'appareillage lectriqueL'appareillage lectrique est un "mal ncessaire". Il ne semble pas, priori que son rle soit vraiment essentiel : il ne concourt pas directement la production de lnergie lectrique, ni son utilisation. Et pourtant il ne semble pas qu'actuellement on puisse envisager sa suppression; il faudrait pour cela que la production et la consommation dnergie lectrique soient continues, que les appareils gnrateurs, transformateurs, utilisateurs.., ne soient ni sujets des incidents, ni assujettis des oprations dentretien. C'est l un idal que personne n'espre atteindre actuellement. L'appareillage lectrique est ncessaire : on ne se permet gnralement pas de laisser allume en permanence une lampe de chevet, une ligne avarie doit tre spare du rseau. Mais l'appareillage lectrique n'est pas seulement une ncessit : il est une gne; d'abord sur le plan financier de premire installation : il cote cher ; ensuite sur le plan de lexploitation du matriel de production, de transport, ou dutilisation; il exige des mises hors service pour rvision, ou mme cause d'incidents dont les consquences sont en gnral graves. D'une manire gnrale, l'appareillage est donc destin assurer la continuit ou la discontinuit des circuits lectriques. De sorte qu'on pourrait dire qu'il est constitu essentiellement de l'appareillage d'interruption. En fait, il faut voir d'un peu plus prs ce qui entre dans ce terme gnrique et par consquent, en tudier la classification. Un premier mode de classification est fond sur la tension : on distingue couramment : - l'appareillage pour la basse tension : trs basse tension : TBT 50 V en courant alternatif,

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basse tension A : BTA 500 V en courant alternatif, basse tension B : BTB 1000 V en courant alternatif, - lappareillage pour la haute tension : haute tension A : HTA 50000 V en courant alternatif, haute tension B : HTB 50000 v en courant alternatif. Un second mode de classification est relatif la fonction. 0n peut distinguer l'appareillage de manuvre et lappareillage de protection. Malheureusement, certains appareils ont le mauvais got de se classer dans les deux catgories, par exemple les disjoncteurs. Il faut donc aller plus loin et citer type d'appareil par type d'appareil :

8.1 les fonctions de base : le sectionnement : coupure pleinement apparente, coupure visible. la commande : fonctionnelle, coupure d'urgence, arrt d'urgence, coupure pour entretien mcanique, la protection lectrique contre : les courants de surcharge, les courants de courtcircuit, les dfauts d'isolement.

8.1.1 le sectionnement :

(selon NF C 15.100 462.1 et dcret du 14/11/88 art. 9)But : isoler et sparer un circuit ou un appareil du reste de l'installation. conditions respecter : selon NF C 15-100 537-2 et CET 947-2, la coupure est omnipolaire (sauf le PEN), vrouillable ou cadenassable, vrification de l'ouverture des contacts : - soit visuelle (C 1 3-1 00), - soit mcanique (coupure pleinement apparente). Le sectionneur est le plus simple des appareils d'interruption. Il sert principalement isoler des lments de circuits entre eux, pour permettre d'y effectuer des interventions manuelles (dpannage, entretien, etc ). Il n'a pas de pouvoir de

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coupure, ni de pouvoir de fermeture, il peut nanmoins tre manuvr sous tension. Il comporte une coupure visible. On ouvre un sectionneur pour intervenir sur une installation lectrique, c'est un dispositif de protection du personnel. Le sectionneur doit tre condamn en position ouverte, gnralement par un ou plusieurs cadenas dont l'agent responsable a seul la clef. Ces oprations sont toujours compltes par l'apposition d'affiches ou d'tiquette aux endroits opportuns (ex : ne pas renclencher, on travaille sur la ligne). Cette condamnation a pour but d'viter la refermeture du sectionneur : soit pour une cause naturelle (vent, vibrations, etc) soit pour une cause humaine (intervention errone d'un agent d'exploitation) Le sectionneur est un appareil de connexion commande manuelle et deux positions stables (ouvert/ferm) qui assure la fonction de sectionnement. Ses caractristiques sont dfinies par les normes NF C 63-130 et CEI 947-3. Il ne possde pas de pouvoir d'interruption du courant assign ou du courant de fermeture sur court-circuit, ni de pouvoir de coupure. Mais il est mme de supporter des courants de court-circuit de courte dure : cette caractristique s'appelle tenue aux courants de court-circuit de courte dure . Il satisfait aussi des exigences d'endurance mcanique. quels appareils ? sectionneur

interrupteur sectionneur

disjoncteur sectionneur installation : l'origine de chaque circuit. 8.2 la commande "fonctionnelle" : But : mise "hors" ou "en" tension de toute partie de l'installation en fonctionnement normal. conditions respecter : selon NF C 15-100 465 et 537-2, la manoeuvre peut-tre soit : - manuelle (poigne), - lectrique (commande distance). quels appareils ? interrupteur, C'est un appareil de commande (gnralement manuelle, ventuellement lectrique l'ouverture) capable de couper et de fermer un circuit en service normal. Il n'a 32

besoin d'aucune nergie pour rester ferm ou ouvert (2 positions stables). Un interrupteur n'assure pas de fonction de protection (hormis les interrupteurs diffrentiels). Les normes NF C 63-130 et CEI 947-3 dfinissent : la frquence du cycle de manoeuvre (maxi. 600/heure) ; l'endurance mcanique et lectrique (gnralement infrieure celle d'un ccntacteur) ; un pouvoir de coupure et de fermeture en fonctionnement normal et en fonctionnement occasionnel. commutateur, contacteur , C'est un appareil de commande monostable (coupure et fermeture distance d'un circuit en service normal) capable d'assurer un nombre de manoeuvres lev. Il ne possde qu'une position stable : la position "ouvert". Cette aptitude un fonctionnement intensif est dfinie par les normes NF C 63-110 et CEI 947-4-1 par : la dure de fonctionnement : service 8h, ininterrompu, intermittent, temporaire de 3, 10, 30, 60 et 90 minutes ; la catgorie d'emploi : (dfinition : voir tableau ci-dessous) par exemple un contacteur de catgorie AC3 assure le dmarrage et l'arrt d'un moteur cage ; la frquence des cycles de manuvre (1 1200 cycles par heure) ; l'endurance mcanique (nombre de manuvres vide) ; l'endurance lectrique (nombre de manuvres en charge) ; un pouvoir de coupure et un pouvoir de fermeture assigns fonction de la catgorie d'emploi.

catgorie demploi des contacteurs AC1 AC2 AC3 AC4

applications caractristiques charges non (ou faiblement) inductives : cos 0,95 (chauffage, distribution) dmarrage de moteurs bagues (machines trfiler) moteurs cages dont la coupure seffectue moteur lanc moteurs cages avec freinage contrecourant

tlrupteur , C'est un interrupteur bistable quip d'une commande lectromagntique distance. Ce passage d'un tat des contacts l'autre est provoqu par des impulsions lectriques brves, mises titre d'exemple par des boulons poussoirs.

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Certaines versions sont prvues pour une commande en TBTS. Le tlrupteur peut tre quip d'auxiliaires pour raliser : une signalisation distance de sa position, une commande contact maintenu, une commande centralise, compatible avec la commande locale, des temporisations. Norme de rfrence : NF C 61-112. disjoncteur, 8.2.1 Caractristiques fondamentales dun disjoncteur : tension assigne(1) d'emploi Ue : c'est la ou les tensions auxquelles l'appareil peut tre utilis. D'autres tensions sont galement indiques par le constructeur courant assign In : c'est la valeur maximale du courant ininterrompu que peut supporter un disjoncteur quip d'un dclencheur une temprature ambiante prcise par le constructeur, en respectant les limites d'chauffement prescrites. Exemple un C161N quip d'un ddencheur D125 a un courant assign In de 125 A 40C de temprature ambiante. On peut toutefois utiliser un disjoncteur des tempratures ambiantes suprieures en le dclassant. Ainsi le disjoncteur de l'exemple prcdent ne supportera plus que 117 A 50C et 109 A 60 C. (1) le terme "assign" utilis dans les normes a une signification quivalente l'ancien t terme "nominal". taille d'un disjoncteur : Lorsqu'un disjoncteur peut tre quip de plusieurs dclencheurs de courants assigns diffrents, la taille du disjoncteur correspond au courant assign le plus lev des dclencheurs qui peuvent l'quiper. Exemple : un C630N peut recevoir les dclencheurs D400 (In = 400 A), D500 (In = 500A), D630 (In = 630 A) La taille du disjoncteur est 630 A.

courant de rglage (lrth ou lr) des dclencheurs de surcharge : A l'exception des disjoncteurs Multi 9 facilement interchangeables, les disjoncteurs industriels sont quips de dclencheurs amovibles. De plus, pour adapter le disjoncteur aux caractristiques du circuit et viter de surdimensionner les cbles, les dclencheurs eux-mmes sont, en gnral, rglables. Le courant de rglage lr (ou lrth) est le courant d'aprs lequel sont dtermines les conditions de protection assures par le disjoncteur. Il reprsente aussi le courant maximal que peut supporter le disjoncteur sans dclenchement. Cette valeur doit tre suprieure au courant d'emploi lb et infrieure au courant admissible dans la canalisation lz. Les dclencheurs thermiques sont en gnra rglables de 0,7 1 x In alors qu'en technologie lectronique les plages sont gnralement beaucoup plus larges (couramment de 0,4 1 x In).

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Figure 8-1 exemple: Un C401N quip d'un dclencheur D320 rgl 0,9 a un courant de rglage : lr = 320 x 0,9 = 288 A. Nota : pour les appareils dclencheur non rglables lr = In par exemple, disjoncteur C60N 20 A : lr = In = 20 A courant de fonctionnement (lm) des dclencheurs de court-circuit : Le rle des dclencheurs de court-circuit (magntique ou court retard) est de provoquer l'ouverture rapide du disjoncteur pour les fortes surintensits. Leur seuil de fonctionnement lm est : soit fix par la norme pour les disjoncteurs domestiques rgis par la norme NF C 61-410, soit indiqu par le constructeur pour les disjoncteurs industriels rgis par la norme CEI 947-2. Pour ces derniers, il existe une grande varit de dclencheurs permettant l'utilisateur de disposer d'un appareil bien adapt aux caractristiques du circuit protger, mme dans les cas les plus particuliers.

pouvoir de coupure (lcu ou lcn) : Le pouvoir de coupure est la plus grande intensit de courant de court-circuit (courant prsum) qu'un disjoncteur peut interrompre sous une tension donne. Il s'exprime en gnral en kA efficace symtrique et est dsign par lcu (pouvoir de coupure ultime) pour les disjoncteurs industriels et par Icn (pouvoir de coupure assign) pour les disjoncteurs usage domestique ou assimil. Les conditions de dtermination du pouvoir de coupure sont fixes par les normes et comportent : squence de manuvre le disjoncteur effectue une succession de manuvres : ouverture puis fermeture/ouverture sur court-circuit (cycle O.FO). 35

dphasage courant/tension lorsque tension et courant sont en phase (cos = 1), le courant de court-circuit est plus facile interrompre. C'est beaucoup plus difficile lorsque le cos est faible. Les normes dfinissent donc le cos auquel doit tre dtermin le pouvoir de coupure d'un appareil. Il est d'autant plus faible que le pouvoir de coupure est lev car les disjoncteurs correspondants sont installs proximit des transformateurs et jeux de barres dont l'impdance est essentiellement selfique. test post coupure : aprs le cycle 0-F0 on s'assure que le disjoncteur est encore apte assurer un fonctionnement rduit (tenue dilectrique, fonctionnement des dclencheurs, aptitude au sectionnement).

Figure 8-2 Schma gnral dun disjoncteur magnto-thermique

8.2.2 autres caractristiques d'un disjoncteur : La connaissance de ces caractristiques moins importantes est cependant souvent ncessaire au choix dfinitif d'un disjoncteur. tension d'isolement (Ui) : C'est la valeur de la tension qui sert de rfrence pour les performances dilectriques de l'appareil effectues gnralement des valeurs suprieures 2Ui. La tension d'emploi maximale d'un disjoncteur ne peut tre qu'infrieure ou gale Ui. Ue < Ui. tension de tenue aux chocs (Uimp) : Cette caractristique exprime en kV choc traduit l'aptitude d'un matriel rsister aux tensions transitoires susceptibles de se prsenter en exploitation. catgorie (A ou B) courant de courte dure admissible (lcw) : En disjoncteurs industriels (CEI 947-2) il existe deux catgories d'appareils : ceux de catgorie A pour lesquels aucun retard au dclenchement sur court-circuit n'est prvu (voir figure ci-dessous). C'est le cas gnralement des disjoncteurs sous botier moul type Compact. ceux de catgorie B pour lesquels, en vue de raliser une slectivit chronomtrique, il est possible de retarder le dclenchement sur courtcircuit de valeur infrieure au courant de courte dure admissible lcw (volr figure ci-dessous). C'est gnralement le cas des disjoncteurs ouverts type Masterpact et de certains gros disjoncteurs sous botiers mouls (Compact Ci 250N par exemple).

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lcw est le courant maximal que peut supporter thermiquement et lectrodynamiquement un disjoncteur de catgorie B pendant un temps donn par le constructeur.

Figure 8-3 disjoncteur de catgorie A

Figure 8-4 disjoncteur de catgorie B

pouvoir de fermeture (lcm) : C'est la plus grande intensit de courant que le disjoncteur peut tablir sous la tension assigne dans des conditions spcifies. En courant alternatif, il s'exprime par la valeur de crte du courant. Le pouvoir de fermeture est gal k fois le pouvoir de coupure, k tant compris gnralement entre 1,7 et 2,2. performance de coupure de service (lcs) : Le pouvoir de coupure (lcu ou lcn) reprsente le courant de court-circuit maximal que peut avoir couper un disjoncteur. La probabilit d'apparition d'un tel dfaut est extrmement faible et en exploitation un disjoncteur n'a en gnral couper que des courants beaucoup plus faibles. Par contre, il est important que ces courants, de probabilit plus leve, soient coups dans de trs bonnes conditions afin de garantir, aprs limination de la cause du dfaut, la remise en service rapide et en toute scurit de l'installation. C'est pour cette raison que les normes ont dfini une nouvelle caractristique lcs, gnralement exprime en pourcentage (25, 50, 75 ou 100 %) d'lcu pour les disjoncteurs industriels. Elle est vrifie de la manire suivante : squence 0 - F0 - F0 ( lcs) tests post coupure pour vrifier que le disjoncteur est toujours apte assurer un service normal. Pour les disjoncteurs usage domestique lcs = k lcn. Le rapport k est indiqu dans la norme NF C 61-410. pouvoir de limitation : Le pouvoir de limitation d'un disjoncteur traduit sa capacit plus ou moins grande ne laisser passer sur court-circuit, qu'un courant infrieur au courant de dfaut prsum (fig ci-dessous). On traduit cette caractristique par des courbes de limitation qui donnent : l'intensit crte limite en fonction de l'intensit efficace du courant de court-circuit prsum (le courant de court-circuit prsum est le courant qui circulerait en permanence en l'absence de dispositifs de protection),

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la contrainte thermique limite en fonction de l'intensit efficace du courant de court-circuit prsum (fig 7-4 ci-dessous).

Figure 8-5 courant prsum et courant limit rel Prise de Courant < 16 A, dispositif statique semi-conducteurs. installation : l'origine de l'installation, au niveau des rcepteurs. 8.2.3 Courbes de dclenchement B, C, D, Z (norme CET 947.2) Courbe B (fig. 7-5) Dclenchement entre 3,21 In et 4,81 In Commande de protection contre les surcharges et les courts-circuits d'installations n'occasionnant pas de pointe de courant la mise sous tension : installations domestiques, circuits de cuisson et de chauffage, clairage comportant un petit nombre de lampes, prises de courant, etc. Protection des personnes en rgime IT et TN pour des longueurs de cbles plus importantes qu'avec la courbe C. Courbe C (fig. 7-5) Dclenchement entre 7 In et 10 In Commande et protection contre les surcharges et les courts-circuits d'installations correspondant des applications gnrales : installations en locaux usage professionnel, clairage fluorescent compens, groupe de lampes incandescence, prises de courant... Courbe D (fig. 7-5) Dclenchement entre 10 In et 14 In Commande et protection contre les surcharges et les courts-circuits d'installations prsentant de forts courants d'appel : transformateurs, moteurs, etc.

38

Figure 8-6

Courbe Z (fig. 7-6) Dclenchement entre 2,41 In et 3,61 In Protection des circuits lectroniques : diodes, transistors, triacs, etc. contre les faibles surcharges de longue dure et contre les courts-circuits. Courbe K (fig. 7-6) Dclenchement entre 10 In et 14 In Commande et protection contre les surcharges et les courts-circuits d'installations prsentant des courants d'appel importants, mais de dure plus brve. Courbe MA (fig. 7-6) Dclenchement 12 In Protection des circuits d'alimentation des moteurs : cbles et dmarreurs contre les courts-circuits. Ce disjoncteur ne comporte qu'un dclencheur magntique, il doit tre associ une protection thermique adapte.

Figure 8-7

8.2.4 Choix d'un disjoncteur Nous avons vu qu'un disjoncteur tait constitu d'un systme de coupure et d'un systme de dtection de dfaut. Choix du dispositif de coupure Le dispositif qui comporte les ples de coupure est choisi en fonction : - du nombre de ples : nombre de conducteurs couper, de la tension assigne (tension d'emploi), du type de courant (alternatif ou continu) ; 39

- de (In) : courant d'emploi du circuit, c'est lui qui dtermine le courant assign, encore appel calibre du disjoncteur ; - de (Icc) : courant de court-circuit susceptible de se produire immdiatement en aval du disjoncteur. On choisit toujours un disjoncteur ayant un pouvoir de coupure suprieur (Icc) aval. Choix du type de dclencheur Le dispositif magnto-thermique ou lectronique qui commande le dclenchement des ples de coupure est choisi en fonction : - de (IB), courant maximal qui traverse le circuit en fonctionnement normal ; - de l'-coup d'intensit la mise sous tension. En fonction de cette surintensit, on dfinit le type de courbe (B, C, D,...) du dclencheur. 8.2.5 Scurit machines et manque de tension : Lorsque le moteur d'une machine est protg par un disjoncteur-moteur GV2 (Tlmcanique), doit-on obligatoirement, dans le cadre de la mise en scurit machines (type machines-outils, donc pas trs valable bord des navires !), installer un dclenchent manque de tension ? Rponse : Oui, le dclenchement par manque de tension est en effet obligatoire : c'est une des exigences des directives machines 89/239/CEE et sociale 89/655/CEE. Son but est d'empcher, aprs une coupure de courant, que la machine ne se remette automatiquement en marche ds le retour de l'alimentation. On imagine aisment les risques encourus par un oprateur travaillant sur une scie ruban par exemple. Voici par ailleurs, toutes les fonctions devant tre remplies par les dpart-moteurs, dans le cadre des directives machines et sociale : sectionnement protection contre les courts-circuits protection contre les surcharges dclenchement automatique manque de tension marche-arrt par boutons arrt d'urgence verrouillable consignation par verrouillage 3 cadenas (obligatoire pour moteur 3 kW).

Technique de coupure en BT :dfinition des courants couper : La seule connaissance de la valeur du courant interrompre ne suffit pas pour concevoir un dispositif de coupure appropri! La coupure de tous courants est fonction de plusieurs paramtres lis aux gnrateurs (alternateur ou transformateurs), aux lignes et aux rcepteurs : un circuit lectrique est toujours selfique, aussi les variations mmes du courant couper gnrent, ds l'ouverture du circuit, des contreractions , en tension qui contribuent son maintien. Cette f.c..m. du type L. di/dt, peut avoir une valeur importante quelle que soit la valeur du courant i, jusqu' l'annulation de ce courant ; la valeur rsistive du circuit couper, contribue la coupure tant que le courant a une valeur significative, mais n'est plus d'aucun secours pour i0, car la chute de tension ohmique devient ngligeable;

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les capacits entre conducteurs actifs, qu'elles soient rparties (capacits parasites des gnrateurs et des cbles) ou additionnelles (batterie de condensateurs en compensation d'nergie ractive ou en filtre), modifient les conditions de coupure ; la frquence du courant couper, car il est priori plus facile de couper un courant alternatif qui a des zros priodiques, qu'un courant continu ; enfin, la tension dlivre par le gnrateur : l'appareil de coupure doit, aprs annulation du courant, rsister dilectriquement la tension du rseau toujours prsente.

Dans la pratique, trois types de courants couper sont dfinis : 1. Courant de court-circuit : Celui-ci, en un point donn d'une installation, n'est pas systmatiquement gal 20 In,> du gnrateur : il dpend des caractristiques du gnrateur, 3 % < Ucc < 7 % par exemple ; il peut tre plus petit : - selon que le dfaut est plus ou moins franc, - selon la longueur et la section des lignes en amont ; il peut tre plus grand si plusieurs gnrateurs sont coupls en parallle. 2. Courant de surcharge : Le courant peut dpasser la valeur nominale et devenir inacceptable aprs une certaine dure : pendant la priode transitoire de dmarrage ou de fonctionnement d'un rcepteur ; si la somme des puissances des rcepteurs en fonctionnement dpasse les prvisions du concepteur pour tout ou partie de l'installation (coefficient de foisonnement). 3. Courant nominal (ou plus faible) : Un disjoncteur tant destin interrompre les forts courants de court-circuit et les surcharges, qui peut le plus, peut le moins : un tel appareil de coupure pourra aussi assurer la commande des circuits et des rcepteurs. L'arc lectrique : L'arc lectrique n'a pas t invent ; il s'est manifest au premier physicien qui tenta d'interrompre un circuit parcouru par un courant. En effet, le circuit toujours selfique fournit suffisamment d'nergie aux lectrons pour franchir la distance qui apparat dans la zone de sparation des conducteurs. Le gaz prsent, gnralement de l'air, est ionis par ces lectrons pionniers et la cration de ce plasma va ds lors faciliter le passage du courant ! La coupure semble ainsi bien compromise... moins qu'une meilleure connaissance de ce phnomne ne rvle des proprits remarquables, voire irremplaables. Heureusement oui ! ses conditions de formation L'arc apparat dans un milieu gazeux, par claquage dilectrique entre deux lectrodes :

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- au-del d'une valeur de champ lectrique E/d, fonction de la forme des lectrodes, de la nature et de la densit du gaz (d = distance entre les lectrodes), - suite un cheminement sur un matriau isolant dgnrant dans le gaz ambiant. ds l'ouverture d'un circuit lectrique parcouru par un courant : mme si le circuit est purement rsistif, une certaine distance est ncessaire pour viter le claquage dilectrique. Et, de plus, si le circuit est selfique, la distance ncessaire est plus importance, du fait du fort L. di/dt (d la rapide variation d'intensit du courant). ses proprits physiques (cf. fig. 7.7) Ds la sparation de deux contacts, l'un (cathode) met des lectrons, l'autre (anode) les reoit. Le phnomne d'mission des lectrons tant par nature nergtique, la cathode sera chaude. Le pied d'arc devenant ainsi thermo-missif, les lectrons sont majoritairement mis au point chaud, d'o un phnomne de stagnation de l'arc pouvant crer des vapeurs mtalliques. Ces vapeurs et le gaz ambiant vont ds lors tre ioniss, d'o : d'avantage d'lectrons libres ; cration d'ions positifs qui retombent sur la cathode et entretiennent son chauffement ; cration d'ions ngatifs qui bombardant l'anode provoquent son chauffement. L'ensemble de toute cette agitation se fait dans une colonne de plasma haute temprature, 4 000 20 000 K, suivant le courant et le confinement de celle-ci. ses proprits lectriques (cf. fig. 7.7 et 7.8) la plus notable est de faire apparatre une tension d'arc dont la valeur a : - une partie fixe, UAC = 20 40 V, qui apparat ds la moindre sparation des contacts (fonction des matriaux utiliss), - une partie variable, UL = 50 100 V/cm, quand l'arc est stabilis en allongement dans son contexte d'quilibre pression temprature. Soit une valeur totale Ua = UAC + UL. A noter que : le signe de Ua change en mme temps que le signe du courant d'arc, la valeur du courant d'arc n'influe pas fondamentalement sur la tension d'arc, cela tient au fait que l'arc travaille densit de courant (j = i/s) presque constante (les sections des taches anodiques et cathodiques, ainsi que celle de la colonne d'arc sont proportionnelles au courant, d'o par analogie avec une rsistance : U=R.i=.l/s=.l.j=constante); une nergie d'arc est produite, Wa = U a .ia dt ; si l'arc est plac dans un champ magntique, il est soumis aux forces de Laplace, F = B.i.l.sin ; ce qui a pour effet de le cintrer si B est perpendiculaire i , puis de le dplacer transversalement.

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Figure 8-8 composition de lacolonne darc

Figure 8-9 UAC 30 V la sparation descontacts

Figure 8-10 UL 70 V/cm aprs allongement de larc Ua = UAC + UL

ses conditions d'extinction : Il y a extinction quand le courant d'arc devient et reste nul. Aspect thermique : quand le courant d'arc est petit ou devient petit, infrieur 10 A par exemple, les changes d'nergie thermique peuvent devenir suprieurs l'nergie interne de l'arc et celui-ci meurt de froid (arc grle), ds lors ceci se traduit par une tension d'arc qui augmente. Pendant cette augmentation de tension, une brutale extinction peut mme apparatre si les capacits parasites courtcircuitent l'arc, ce qui se produit quand la tension d'arc devient et reste plus grande que la tension de charge des capacits rparties. Ce phnomne est appel arrachement. Il n'en est pas toujours ainsi : si le courant d'arc vient se stabiliser contre une paroi isolante, sa surface d'change thermique diminue et les composants de l'isolant, localement trs chauds, peuvent favoriser la conduction et l'entretien de l'arc ; si le courant d'arc est important, la colonne d'arc est trs exothermique et seule les volutions conjointes de la tension d'arc et de la tension rseau permettent de rduire ce courant puis de l'annuler.

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Aspect dilectrique : II ne suffit pas que le courant d'arc devienne nul pour assurer son extinction : il faut que le milieu jusque l ionis se rgnre dilectriquement pour rsister la tension rseau encore prsente ! Ces phnomnes de rgnration par recombinaison des ions + ou - et des lectrons sont heureusement trs rapides ! Aussi dans la pratique, pour que le courant d'arc reste nul, la tension du rseau doit donc tre infrieure la caractristique de rgnration (Ud). Si la tension d'arc devient et reste suprieure la tension rseau (en valeur absolue s'il s'agit de tension alternative), le phnomne de rgnration sera amorc pendant l'approche du zro de courant : le nombre de charges lectriques du plasma s'ajuste au strict minimum et devient nul en mme temps que le courant. Mais l'arc et les capacits parasites ont la mme tension jusqu' l'extinction du courant d'arc. Une fois le courant d'arc annul, cette tension rejoint la tension rseau par un phnomne d'oscillation libre entre ces capacits rparties et les constantes L et R du circuit. Ce raccordement en tension est appel Tension Transitoire de Rtablissement TTR. Ces capacits tant faibles, ces oscillations ont une frquence trs leve et sont trs amorties. Ces conditions ont lieu : sous tension continue, sous tension alternative. Quand la valeur instantane de la tension du rseau est encore de mme signe que la tension d'arc au moment du zro de courant. La condition de coupure dfinitive sera que l'volution ultrieure de la tension rseau ne recoupe plus les caractristiques de rgnration, tant en valeurs positives que ngatives, u quand la valeur instantane de la tension du rseau est de signe oppos la tension d'arc, mais de valeur absolue infrieure. L'extinction de l'arc est dfinitive si la TTR ne dpasse pas la caractristique de rgnration. Dans le cas contraire, la TTR coupant la courbe de rgnration, il peut s'en suivre l'apparition de courant postarc de type lectroluminescent. Et alors : - si le courant postarc reste de type grle, des conditions d'extinction subsistent ; - si le courant postarc dpasse une valeur critique sous une tension galement critique, il s'en suivra un redmarrage du courant d'arc et il faudra attendre un prochain zro pour couper.

la commande "coupure" : la commande "coupure" : coupure d'urgence (en gnral l'origine de chaque circuit). But : mettre hors tension un appareil ou un circuit devenu dangereux en exploitation (choc lectrique, incendie). arrt d'urgence. But : arrter un mouvement devenu dangereux. conditions respecter : selon NF C 15-100 464 et 537-4. dcret du 14/11/88 art. 10, dcret du 15/07/80 n 80544 et NF E 09 001. quels appareils ? 44

interrupteur (tous les conducteurs actifs sont coups), contacteur, disjoncteur. coupure pour entretien mcanique. But : destine assurer la mise et le maintien l'arrt d'une machine pendant les interventions sur les parties mcaniques, sans sa mise hors tension. Gnralement assure par le dispositif de commande fonctionnelle : interrupteurs, disjoncteurs, contacteurs Prise de Courant 16 A, sectionneurs (s'ils sont quips d'un contact de prcoupure).

Pour accrotre la qualit de ses produits, la flexibilit, la disponibilit de l'outil de production et la rentabilit, l'entreprise adopte une dmarche productique. Or, partout o il y a production, il y a des moteurs, des vrins, des lectrovannes... des actionneurs dont il faut contrler lalimentation en nergie. Les systmes de commande de puissance permettent. le transfert ou l'interruption de cette nergie en provenance du rseau. Les interrupteurs, disjoncteurs et les contacteurs assurent cette fonction appele "commande de puissance" Quel que soit le rcepteur command (moteur, appareil d'clairage, chauffage..) la commande de puissance assure la commande et la protection du rcepteur. L'association d'appareillages dans le cadre de l'alimentation d'un rcepteur constitue un dpart.

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Structure dun dpart moteur type :Distribution lectrique B.T

SECTIONNEMENT

PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS

PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES

COMMUTATION

Protection thermique sonde ou multifonction

Dmarrage progressif

Variation de Vitesse

MOTEUR

Les appareils de commande de puissance assurent : la commande et la protection du rcepteur, la protection du dpart. L'appareillage ainsi utilis remplit 4 fonctions de base, imposes par les lois comme par les habitudes : (dcret n88-1056 du 14 Novembre 1988 pris pour l'excution des dispositions du livre II du code du travail en ce qui concerne la protection des travailleurs dans les tablissements qui mettent en oeuvre des courants lectriques.) fonction de sectionnement fonction de commande fonction de protection contre Ies courts-circuits fonction de protection contre les surcharges Pour certaines applications (cas des moteurs), des fonctions complmentaires sont requises, et les produits qui les assurent, viennent complter les fonctions de base ; il s'agit en particulier des dmarreurs progressifs, variateurs de vitesse... D'autre part, dans certains cas, des appareillages de protection aux possibilits plus larges peuvent venir en complment :

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protection contre les chauffements anormaux par mesure directe de la temprature (utilisation de sondes thermiques associes un dispositif de commande) protection multifonctions par relais spcifiques (protection thermique, protection contre la marche en monophas, la marche vide, contrle du sens de rotation...) protection contre les dfauts d'isolement par contrleur d'isolement ou relais diffrentiel. 8.3 Les fonctions de lappareillage lectromcanique :

8.3.1 LA FONCTION DE SECTIONNEMENT : La fonction de sectionnement ou de sparation permet d'isoler des sources d'nergie tous les conducteurs actifs, afin de permettre au personnel d'entretien l'intervention sans danger sur le dpart et le rcepteur. Qualit du sectionnement : cette sparation doit tre effectue l'origine du circuit et le dispositif qui assure cette fonction doit permettre : l'isolation des circuits des sources d'nergie, une sparation omnipolaire, non simultane* (* sauf en HTA et HTB) une condamnation en position d'ouverture (sauf en BTA o toute fermeture intempestive doit tre rendue impossible.) une sparation pleinement apparente* (sauf en BTA) cest dire visible ou bien indication "ouvert" si tous les contacts sont effectivement ouverts et spars par la distance. Compte tenu de l'exprience acquise au cours des dernires annes, la nouvelle rglementation parue en novembre 1988 ne rend plus obligatoire la sparation de tous les conducteurs actifs en une seule opration. La sparation reste omnipolaire, mais le dcret autorise maintenant l'utilisation de dispositifs de sectionnement unipolaire pour les installations des domaines BTA et BTB, et ce, quelle que soit la valeur de l'intensit nominale du circuit considr. Sauf drogations particulires, il est cependant vident que, pour des raisons de scurit, l'ouverture de tous les ples en une seule opration reste obligatoire dans les installations des domaines HTA et HTB. Notez que l'emploi de dispositifs unipolaires n'est autoris qu' condition de les identifier et de les regrouper par circuit.

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T.B.T. U 50 V U 120 V

B.T.A. 50 U 500 V 120 U 750 V

B.T.B. 500 U 1000 V 750 U 1500 V

H.T.A. 1000 U 50000 V 1500 U 75000 V

H.T.B. 50000 U 75000 U

Le sectionnement est obligatoire : lorigine de toute installation, lorigine de tous les circuits si U 500 V, en tte de machines C 78100 et 110 et CNOMO. Il est souhaitable pour les tableaux et circuits divisionnaires ou terminaux.

Figure 8-11 sectionneur Figure 8-12sectionneur fusible

8.3.2 LA FONCTION COMMANDE (COMMUTATION) : La fonction commande permet la mise en marche et l'arrt volontaire (manuelle, automatique ou distance) d'une machine ou d'un rcepteur. Qualit de commande L'appareillage de commande, destin tablir ou interrompre des courants lectriques, possde donc un pouvoir de fermeture et un pouvoir de coupure. La fonction commande est souhaitable : lorigine de toute installation au niveau des rcepteurs.

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Figure 8-13 contacteur

8.3.3 COUPURE DURGENCE : Fonction : Le dispositif de coupure d'urgence a pour fonction principale la coupure en charge de tous les conducteurs actifs d'un circuit, dont le maintien sous tension peut tre dangereux en cas de choc lectrique ou de risque d'incendie, voire d'explosion. Qualit : Art. 10 - Dans tout circuit terminal doit tre plac un dispositif de coupure d'urgence, aisment reconnaissable et dispos de manire tre facilement et rapidement accessible, permettant en une seule manoeuvre de couper en charge tous les conducteurs actifs. Il est admis que ce dispositif commande plusieurs circuits terminaux. Dcret n 88-1056 du 14 novembre 88

8.3.4 LA FONCTION DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS : Fonction : La protection contre les surintensits est destine viter que des circuits ou des appareils ne soient parcourus par des courants susceptibles de nuire au matriel, l'environnement ou la scurit des personnes. Elle comporte la dtection de surintensit et la coupure en charge du circuit. On distingue gnralement 2 types de surintensits : la surintensit de SURCHARGE la surintensit de COURT-CIRCUIT. Fonction de protection contre Ies courts-circuits Les dispositifs de protection contre les courts-circuits permettent de dtecter et de couper le plus rapidement possible, des courants levs susceptibles de dtriorer l'installation (par des forces de Laplace trop leves dformant les conducteurs, voire des ruptures mcaniques trs brutales types explosion, par des chauffements trs intenses qui dtriorent dfinitivement les isolants ou qui provoquent des incendies). Dfinition du court-circuit : Le court-circuit est une surintensit brutale produite par une chute d'impdance subite et imprvue, entre deux ou plusieurs points prsentant une diffrence de potentiel normale. 49

8.3.5 LA FONCTION DE PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES : Les dispositifs de protection contre les surcharges permettent de dtecte et de couper des courants de surcharges avant qu'ils nentranent la dtrioration des isolants ou objets voisins. La surcharge, due gnralement au rcepteur est une surintensit relativement modre, se produisant dans un circuit lectriquement sain (sauf, dans le cas de certains dfauts d'isolement) Contrairement ce que l'on pourrait croire, la surcharge, surtout si elle est trs lente, est un dfaut trs dangereux pour les installations. Origine des surintensits de surcharge : Parmi les incidents les plus frquents l'origine d'une surintensit de surcharge, on retrouve : gnralement un incident mcanique ou une augmentation anormale du couple rsistant de la machine entrane, occasionnant : - soit le calage du moteur, - soit le ralentissement momentan ou prolong. une surabondance de rcepteurs aliments par un mme circuit. un dfaut d'isolement nentranant, dans une boucle de dfaut d'impdance non ngligeable, que la circulation d'un courant de dfaut de surcharge.

Figure 8-14 protection contre les surcharges (thermique)

8.3.6 LE CONTACTEUR : Le contacteur est un appareil mcanique de jonction command par lectro-aimant. Il est capable d'tablir ou dinterrompre des courants levs par la mise sous tension ou hors tension d'une bobine traverse par un courant relativement faible. Il fonctionne par "tout ou rien". On distingue deux grands types de contacteurs : - le contacteur bloc dit translation, - le contacteur sur barreau, dit rotation nanmoins, il existe une srie de contacteurs associant les 2 technologies : - le contacteur mixte translation-rotation. 50

Constitution d'un contacteur Un contacteur lectromagntique est constitu : d'un ou plusieurs ples qui assurent l'tablissement et l'interruption des courants principaux, d'un lectro-aimant qui est l'organe moteur du contacteur, de supports isolants et mtalliques servant la fixation et l'assemblage des diffrents composants, de contacts auxiliaires avec action instantane ou temporise. Les ples du contacteur : Elments constitutifs importants ce sont eux qui dfinissent le calibre du contacteur ; chargs d'tablir ou d'interrompre le courant dans le circuit puissance, Ils sont dimensionns pour permettre le passage du courant nominal de l'appareil, en service permanent, sans chauffement anormal. Les ples sont soit double coupure, soit simple coupure (applications pour services lectriques pnibles). Dans la majorit des cas, ils sont dits " fermeture", c'est--dire ouverts (non passants) au repos. Les dessins suivants reprsentent un ple simple coupure successivement :1

9 10

3 7 8 6 4 5

2

1 borne suprieure de raccordement 2 borne infrieure de raccordement 3 contact fixe 4 contact mobile 5 support du contact mobile 6 ressort de compression des contacts 7conducteur souple ou tresse servant de spire de soufflage 8 noyau ferromagntique 9 ailettes de dsionisation 10 boitier en matriau isolant

en position ouvert position A, limpact des contacts, aprs les 2/3 de la course totale de llectro-aimant position B, en fin de course de llectro, position ferm C.

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Les dessins suivants reprsentent un ple double coupure, successivement : en position ouvert, position A, limpact des contacts, aprs les 2/3 de la course totale de llectro-aimant, position B, en fin de course de llectro, position ferme, position C.

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Le contacteur : 3 impratifs. Un contacteur est caractris par un certain nombre de grandeurs auxquelles des valeurs sont assignes par le constructeur conformment aux normes. Le courant thermique (lth) : Quel est le problme ? Lorsqu'un ple de contacteur est travers par un courant, il subit un chauffement par effet Joule sensiblement proportionnel au carr de la valeur de ce courant. Cet chauffement dtermine la caractristique fondamentale d'un contacteur : son courant thermique conventionnel lth l'air libre (courant nominal thermique, ou calibre). Dfinition : c'est la valeur maximale du courant, fixe par un essai d'chauffement de 8 heures une temprature ambiante de 40 pour laquelle l'lvation de temprature des diffrents constituants de lappareil ne dpasse pas une limite de 65 kelvins (CEI 947-4) La temprature des bornes ne doit donc pas dpasser 40 + 65 = 105C.

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Le pouvoir de fermeture PF : Quel est le problme ? Deux conducteurs parallles parcourus par des courants de sens opposs sont le sige d'efforts lectrodynamiques qui tendent les loigner l'un de l'autre. Ceci se traduit au niveau d'un ple de contacteur par effet de la rpulsion sur le contact mobile d l'effet de boucle et la striction* des lignes de courant dans la zone de contact. L'effort de rpulsion est proportionnel i2 et s'oppose l'effort de compression. Il limite par consquent la capacit de commutation des contacteurs car, si la valeur du courant est trop importante, en particulier pendant les rgimes transitoires la mise sous tension des rcepteurs, il peut provoquer une ouverture non commande des contacts avec fusion du mtal par l'arc lectrique, et risque de soudure des contacts lors de leur refermeture. Le pouvoir de fermeture est exprim par la valeur efficace du courant qu'un contacteur peut tablir sans usure exagre ni soudure des contacts. Il est indpendant de la tension d'emploi. Il faut noter l'influence de la tension d'alimentation de l'lectro-aimant sur le pouvoir de fermeture. Cette tension conditionne la vitesse, donc l'nergie cintique des masses en mouvement, et par voie de consquence le temps ncessaire l'tablissement de la pression de contact partir du moment de l'impact. Selon les normes, le pouvoir de fermeture doit tre garanti pour une tension de commande comprise entre 0,85 et 1,1 Un. Consquences Le pouvoir de fermeture est une des caractristiques les plus importantes des contacteurs car il reprsente la fois : la limite de courant ne pas dpasser sous peine de s'exposer des dfaillances graves, la valeur partir de laquelle sont dfinies les courants maximaux d'emploi en catgories.AC-3 et AC-4, la base de choix d'un contacteur pour des applications telles que la commande de circuits d'clairage, de primaires de transformateurs, ...dans lesquelles les courants transitoires la mise sous tension reprsentent une contrainte Importante par rapport aux courants en rgime tabli. *striction : convergence des lignes de courant au point de contact. Le pouvoir de coupure PC : Quel est le problme ? A l'ouverture en charge d'un contacteur, un arc lectrique prend naissance dans chaque ple entre les contacts fixes et mobiles. Cet arc est la cause principale d'usure des contacts car en raison de sa temprature leve, il provoque la fusion et la volatilisation d'une partie du mtal. Les dispositifs de soufflage dont sont munis les ples assurent une extinction rapide de l'arc mme en cas de coupure pendant le rgime transitoire la mise sous tension du rcepteur (pointe de dmarrage d'un moteur par exemple). Mais si le courant coup est important, ou si la tension d'emploi est trop le