ectrotechnique important

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Cours lectrotechnique

Licence EE

COURS ELECTROTECH RAPPELS ET COMPLEMENTS

Scurit lectrique monophas et triphas Commandes et protections moteurs Capteurs industriels Grafcet Habilitation lectriqueBIBLIOGRAPHIE : http://www.iufmrese.cict.fr/

http://www.geea.org/

http://perso.orange.fr/geea.org/ JLS 1

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A

Scurit lectrique ________________________________________________________________6A_1. Les organismes de normalisation ______________________________________________________61.1) La rglementation ____________________________________________________________________________ 6 1.2) La Normalisation _____________________________________________________________________________ 6

A_2.

Les risques lectriques _______________________________________________________________6

2.1) Les diffrents accidents ________________________________________________________________________ 6 2.2) Paramtres prendre en compte pour lvaluation des risques. __________________________________________ 7 2.3) Les donnes normalises appliquer pour la scurit des personnes______________________________________ 7

A_3.

Les quatre faons de s'lectriser _______________________________________________________9

3.1) Par contact direct _____________________________________________________________________________ 9 3.2) Par contact indirect____________________________________________________________________________ 9

A_4.

Les mesures de protection ___________________________________________________________10

4.1) Contre les contacts directs _____________________________________________________________________ 10 4.2) Contre les contacts indirects____________________________________________________________________ 11

A_5.

Le disjoncteur diffrentiel __________________________________________________________1111 12 14 14 14 15 16 16

5.1) Protection contre contact direct _________________________________________________________________ 5.2) Protection contre contact indirect________________________________________________________________ 5.3) Principe de fonctionnement du DDR: ____________________________________________________________ 5.4) Symbole dun disjoncteur diffrentiel : ___________________________________________________________

A_6.

Les appareils lectriques ____________________________________________________________14

6.1) Appareils de CLASSE 0_______________________________________________________________________ 6.2) Appareils de CLASSE 1_______________________________________________________________________ 6.3) Appareils de CLASSE 2_______________________________________________________________________ 6.4) Appareils de CLASSE 3_______________________________________________________________________

B

Production et distribution lectrique _________________________________________________17B_1. B_2. Fourniture de l'lectricit domestique : ________________________________________________19 Les diffrentes prises de terre ________________________________________________________20

C

Installation lectrique domestique ___________________________________________________20C_1. C_2. C_3. C_4. C_5. Choix des conducteurs et des protections : _____________________________________________20 Exemple d'une installation lectrique d'une maison______________________________________21 Schma unifilaire d'une chambre _____________________________________________________24 Schma multifilaire d'une chambre: __________________________________________________25 Tlrupteur :______________________________________________________________________26

D

Matriels lectriques domestiques ___________________________________________________26D_1. Les interrupteurs __________________________________________________________________2626 26 26 26 27 28 28 28 29 1.1) Fonction : __________________________________________________________________________________ 1.2) Symbole : __________________________________________________________________________________ 1.3) Interrupteur diffrentiel : ______________________________________________________________________ 1.4) Exemple dutilisation : ________________________________________________________________________ 1.5) Exemple d'interrupteurs : ______________________________________________________________________

D_2.

Les fusibles _______________________________________________________________________28

2.1) Fonction : __________________________________________________________________________________ 2.2) Symbole : __________________________________________________________________________________ 2.3) Caractristiques : ____________________________________________________________________________ 2.4) Exemple : __________________________________________________________________________________

D_3.

Les disjoncteurs : __________________________________________________________________29

3.1) Fonction : __________________________________________________________________________________ 29

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3.2) Symbole : __________________________________________________________________________________ 29 3.3) Caractristiques : ____________________________________________________________________________ 30 3.4) Principe de fonctionnent :______________________________________________________________________ 30

D_4. D_5.

Exemple de branchement: ___________________________________________________________31 Les relais : ________________________________________________________________________32

5.1) Relais temporis : ____________________________________________________________________________ 32 5.2) Relais bistable : _____________________________________________________________________________ 33 5.3) Exemple : __________________________________________________________________________________ 34

D_6. D_7.

Exercice 1 : gestion d'accs par relais _________________________________________________34 Exercice 2 : gestion des feux par relais_________________________________________________36

6.1) Schma de commande, nomenclature ____________________________________________________________ 34 7.1) Schma d'implantation ________________________________________________________________________ 36

E

Protection et commande en triphas _________________________________________________36E_1. Les sectionneurs : __________________________________________________________________3636 37 37 37 1.1) Fonction: __________________________________________________________________________________ 1.2) Symboles : _________________________________________________________________________________ 1.3) Exemples : _________________________________________________________________________________ 1.4) Fonctionnement : ____________________________________________________________________________

E_2.

Les interrupteurs : ________________________________________________________________37

2.1) Fonction de linterrupteur - sectionneur : __________________________________________________________ 37 2.2) Symbles : _________________________________________________________________________________ 37 2.3) Exemples : _________________________________________________________________________________ 38

E_3.

Le contacteur : ____________________________________________________________________3838 38 38 39 39 39 39 39 40

3.1) Fonction du contacteur : _______________________________________________________________________ 3.2) Catgories demploi : _________________________________________________________________________ 3.3) Symbole : __________________________________________________________________________________ 3.4) Exemple : __________________________________________________________________________________ 3.5) Fonctionnement : ____________________________________________________________________________

E_4.

Les relais thermiques :______________________________________________________________39

4.1) Fonction du relais thermique : __________________________________________________________________ 4.2) Symbole : __________________________________________________________________________________ 4.3) Exemples : _________________________________________________________________________________ 4.4) Fonctionnement : ____________________________________________________________________________

E_5.

Les disjoncteurs moteurs :___________________________________________________________41

5.1) Fonction du disjoncteur magnto-thermique : ______________________________________________________ 41 5.2) Symbole : __________________________________________________________________________________ 41 5.3) Exemples : _________________________________________________________________________________ 41

F

Rgles de synthse des schmas lectriques:___________________________________________42F_1. Identification des lments sur un schma lectrique_____________________________________4343 43 43 44 1.1) Dfinition __________________________________________________________________________________ 1.2) Principe de l'identification _____________________________________________________________________ 1.3) Identification de la sorte d'lment_______________________________________________________________ 1.4) Identification de la fonction de l'lment __________________________________________________________

F_2. F_3. F_4. F_5. F_6.

Contacteurs : Principe de marquage des contacts _______________________________________45 Exemple 1 de commande moteur _____________________________________________________47 Exemple 2 et bonne pratique(http://www.codeart.org/) ___________________________________47 Exemple 3 ________________________________________________________________________54 Exemple 4: exercice ________________________________________________________________55

2.1) Contacts principaux __________________________________________________________________________ 45

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Le moteur asynchrone : ___________________________________________________________56G_1. G_2. G_3. G_4. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ________________________________________________56 Cablage d'un moteur asynchrone _____________________________________________________56 Choix du couplage _________________________________________________________________57 Commandes moteurs : Problme de dmarrage _________________________________________5858 59 60 60

4.1) Couplage toile triangle _______________________________________________________________________ 4.2) Utilisation d'un dmarreur lectronique ___________________________________________________________ 4.3) Exemple avec Le digistart _____________________________________________________________________ 4.4) Variateur de frquence ________________________________________________________________________

G_5. G_6. G_7. G_8. G_9.

Exercice de commande de portail _____________________________________________________62 Dmarrage direct 2 sens de marche : cas dune barrire lectrique. ________________________63 Dmarrage par dmarreur lectronique : Cas du compresseur. ____________________________64 Dmarrage par variateur de frquence : Chane de production ____________________________65 Commande bassin _________________________________________________________________66

H

Capteurs industriels : _____________________________________________________________68H_1. H_2. Les dtecteurs de position mcaniques: _______________________________________________68 Les dtecteurs de proximit : ________________________________________________________6868 69 71 72 73 73 74 74 74 75

2.1) Principe de fonctionnement : ___________________________________________________________________ 2.2) Dtecteurs inductifs : _________________________________________________________________________ 2.3) Dtecteurs capacitifs : ________________________________________________________________________ 2.4) Exemple ___________________________________________________________________________________

H_3.

Les dtecteurs photolectriques : _____________________________________________________72

3.1) Dtecteur systme barrage :___________________________________________________________________ 3.2) Dtecteur systme rflex _____________________________________________________________________ 3.3) Schma structurel dun metteur et dun rcepteur : _________________________________________________ 3.4) Autres systmes de dtection : __________________________________________________________________ 3.5) Caractristiques des diffrents dtecteurs : ________________________________________________________ 3.6) Applications : _______________________________________________________________________________

H_4.

Raccordement des dtecteurs numriques : ____________________________________________76

4.1) Exercices __________________________________________________________________________________ 77

I

GRAFCET _____________________________________________________________________78I_1. I_2. Exemple de grafcet : _______________________________________________________________80 Grafcet : complments ______________________________________________________________8181 81 81 81

2.1) Actions mmorises : _________________________________________________________________________ 2.2) Actions conditionnelles : ______________________________________________________________________ 2.3) Actions dure limite________________________________________________________________________ 2.4) Prise en compte du temps :_____________________________________________________________________

I_3.

Exemple Automate + Variateur ATV08________________________________________________82

J

HABILITATION ELECTRIQUE ___________________________________________________84J_1. J_2. J_3. J_4. Dfinition_________________________________________________________________________84 Validit d'un titre d'habilitation ______________________________________________________86 Oprations dans l'environnement_____________________________________________________86 Habilitations suivant les zones _______________________________________________________87

3.1) Dfinitions des zones _________________________________________________________________________ 86 4.1) Habilitations des lectriciens ___________________________________________________________________ 87 4.2) Habilitations des non lectriciens________________________________________________________________ 88

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Travaux hors tension en BT _________________________________________________________8888 88 89 89 89 90 90 90 91 91

5.1) Rle du chef d'tablissement : __________________________________________________________________ 5.2) Rle du charg de consignation _________________________________________________________________ 5.3) Rle du charg de travaux _____________________________________________________________________ 5.4) Rle de l'excutant ___________________________________________________________________________ 5.5) Rle du surveillant de scurit __________________________________________________________________

J_6.

Procdure d'une consignation lectrique d'un ouvrage.___________________________________90

6.1) Sparation__________________________________________________________________________________ 6.2) Condamnation ______________________________________________________________________________ 6.3) Identification de l'ouvrage _____________________________________________________________________ 6.4) V.A.T. ____________________________________________________________________________________ 6.5) Mise la terre (M.A.L.T.) et en court-circuit (C/Ct) {MALT CC} ______________________________________

J_7. J_8.

Dlimitation matrielle de la zone de travail ____________________________________________91 Matriel de protection individuelle et collective : ________________________________________91

8.1) Matriel de protection individuelle ______________________________________________________________ 91 8.2) Matriel de protection collective ________________________________________________________________ 92

J_9.

Les Verrouillages __________________________________________________________________92

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( certains documents sont copis sur le site http://crochet.david.free.fr/)

A

Scurit lectriqueA_1. Les organismes de normalisation

1.1) La rglementation Le code du travail permet au Ministre du travail de prendre des dcrets portant rglement dadministration publique en vue dassurer lhygine et la scurit des travailleurs. Il existe une vritable hirarchie des diffrents textes : La Loi : vote par lassemble nationale elle dfinit des objectifs atteindre. Le Dcret : Il dcoule dune loi, il est sign par le ministre du gouvernement concern, il prcise les buts atteindre. Larrt : Il est sign par le ministre du gouvernement concern, il prcise les moyens. La Circulaire : mise pour les service techniques ou administratifs des ministres, et destine aux fonctionnaires, elle analyse les textes et dtermine une ligne daction. La Note Technique : mise par les services techniques des ministres, et destine aux fonctionnaires, elle donne une interprtation technique dun point particulier. Cest le dcret 88 1056 du 14 Novembre 1988 qui traite de la protection des travailleurs dans les tablissements assujettis au code du travail livre 2 titre 3 qui mettent en oeuvre des courants lectriques. Il sapplique galement aux entreprises trangres ltablissement et auxquelles celui-ci confie soit des travaux sur ses propres installations lectriques, soit des travaux de quelque nature que ce soit au voisinage dinstallations lectriques. 1.2) La Normalisation Il existe en ralit trois niveaux de normalisation reprsents pour llectricit par les organismes suivants: la C.E.I. ( international), le CENELEC (Europen) lU.T.E (Franais) Ces organismes laborent divers types de documents, en particulier des NORMES

Les normes homologues doivent tre appliques aux marchs passs par ltat, les tablissements et services publics.

Enfin, il faut noter quil existe deux grandes familles de normes qui visent dune part la construction du matriel lectrique et dautre part la ralisation des installations lectriques. Les principales normes de ralisation sont : la NF C 15 100 - installations lectriques basse tension; la NFC 42020 (aussi appele CEI 1010 ou EN61010) - appareils de mesure. Une marque de conformit est alors grave sur les appareils, un appareil conforme une norme est un gage de scurit.

A_2.

Les risques lectriques

2.1) Les diffrents accidents Il existe diffrents risques lectriques. 1) l'lectrisation JLS 6

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(c'est l'effet excito-moteur, c'est--dire l'action de stimulation du courant sur les muscles ou les nerfs); selon l'intensit du courant on distingue : la secousse lectrique ( I > 0,5 mA ) les contractions musculaires ( I > 10 mA ) la ttanisation des muscles respiratoires ( I > 30 mA ) la fibrillation ventriculaire( I > 100 mA ) l'arrt du cur ( I > 1A )

2) les brlures par arc ou par projection lectrothermiques : elles sont provoques par l'nergie dissipe par effet Joule dans le corps ( W = U.I.t)

3) Les effets secondaires complications cardio-vasculaires complications rnales troubles psychiques ou organiques.

2.2) Paramtres prendre en compte pour lvaluation des risques. Quatre paramtres interdpendants influent sur le niveau des risques :

Ic : courant qui circule dans le corps humain, Uc : tension applique au corps, R : rsistance du corps humain ( Rinterne + Rpeau ) t : temps de passage du courant dans le corps.

2.3) Les donnes normalises appliquer pour la scurit des personnes 1) Relation entre le temps de passage du courant et l'intensit de ce courant. Les courbes ci-contre, issues de la norme CEI 479, illustrent la relation t=f(Ic) et dterminent quatre zones.

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Zone 1 : Le courant de choc est infrieur au seuil de perception (Ic < 0,5 mA). Il ny a pas de perception du passage du courant dans le corps : aucun risque. Zone 2 : Le courant est peru sans raction de la personne : habituellement, aucun effet physiologique dangereux. Zone 3 : Le courant provoque une raction : la personne ne peut plus lcher lappareil en dfaut. Le courant doit tre coup par un tiers afin de mettre la personne hors de danger : habituellement sans dommage organique, mais probabilit de contractions musculaires et de difficults respiratoires. Zone 4 : En plus des effets de la zone 3, la fibrillation ventriculaire augmente de 5% des cas pour la courbe C2, 50 % des cas pour la courbe C3, et plus de 50% au-del de cette dernire courbe, do des effets pathophysiologiques importants tels quarrt du coeur, arrt de la respiration, brlures graves. 2) Relation entre le temps de passage du courant et la tension de contact. Selon le type de local, la norme NFC 15-100 prcise, pour une tension dalimentation en courant alternatif, deux valeurs de tensions limites conventionnelles de scurit UL : - UL = 25 V pour les locaux mouills, - UL = 50 V pour les locaux secs. Ces tensions, non dangereuses dans des environnements prcis, dfinissent des courbes o les risques sont contrls en fonction du temps de passage du courant dans le corps. Pour des risques plus importants des alimentations en Trs Basse Tension de Scurit (TBTS) peuvent tre requises : 12V pour les endroits immergs, 25V pour les locaux humides ou 50 V pour les locaux secs. Les courbes de la figure ci-contre illustrent la relation t = f(Uc). En courant continu liss, les tensions limites conventionnelles sont respectivement 60V et 120V suivant quil sagit de locaux ou emplacements de travail mouills ou non.

Temps de contact (s)

5

1 0,5

UL = 50 V

0, 1 0,05

UL = 25 V

0,0110 25 50 100 500

Tension de contact (V)

3) Relation entre la rsistance du corps humain et la tension de contact.

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La rsistance du corps humain varie suivant que la peau est sche ou humide, mouille ou immerge. La valeur minimale de la rsistance du corps humain est 325 lorsque le corps est immerg, par exemple dans des salles de bains ou des piscines. La figure ci-contre donne les courbes donnant la relation R = f(Uc) entre la rsistance du corps humain et la tension de contact .

1 Peau sche 2 Peau humide 3 Peau mouille 4 Peau immerge

22 1 0 3 4 2550 250 Uc (V)

A_3.

Les quatre faons de s'lectriser

3.1) Par contact direct

3.2) Par contact indirect

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A_4.

Les mesures de protection

En fonction des 2 types de risques rpertoris (contacts directs et indirects), et des tudes faites sur la sensibilit du corps humain au courant lectrique, il existe un certain nombre de protections: 4.1) Contre les contacts directs mise en place d'enveloppes ou d'obstacles isolation des parties actives

utilisation de la TRES BASSE TENSION. D'autres mesures sont galement recommandes : n'autoriser l'accs du local ou l'utilisation du matriel qu' des personnes habilites.

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utiliser un dispositif courant diffrentiel rsiduel haute sensibilit DDR ( In 30 mA ) 4.2) Contre les contacts indirects mise la terre des masses ET dispositif de coupure automatique de l'alimentation (DDR). en rgime de neutre TT. emploi de la double isolation ou l'isolation renforce. Ils ont, par construction : Une isolation principale, qui assure la protection contre les contacts directs Plus une isolation supplmentaire de protection destine assurer la protection contres les contacts indirects emploi de la trs basse tension par la sparation des circuits ( transformateur de sparation n'alimentant qu'un seul appareil non reli la terre : ex. prise rasoir dans les salles de bain ) Cela impose : - Sols et parois isolants - Dispositif empchant le contact simultan de 2 masses ou 1 masse et 1 conducteur (lment) - Absence de tout conducteur P.E.

A_5.

Le disjoncteur diffrentiel

5.1) Protection contre contact direct Le disjoncteur diffrentiel est utilis pour la protection des personnes. Il peut tre utilis pour protger contre les contacts directs, dans ce cas on utilise un disjoncteur

le disjoncteur diffrentiel fonctionne

Pas de dtection de llectrocution

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diffrentiel 30mA (en effet, nous avons vu que le courant de 30mA est le seuil partir duquel il y a un risque mortel). 5.2) Protection contre contact indirect La protection contre les contacts indirects est diffrente. Dans une installation vieillissante, l'accumulation des poussires va diminuer la rsistance entre la phase et les parties mtalliques de l'appareil lectrique (cuisinire, frigidaire,). Si les parties mtalliques des appareils sont relies la terre (ce qui est obligatoire pour toutes les maisons construites depuis plus de 30 ans ) un courant de dfaut Id va apparatre entre la phase et la terre . La rsistance Ru entre l'appareil et la terre n'tant pas nulle, la tension Uc=Ru.Id aux bornes de l'appareil doit tre infrieure 50V. Le disjoncteur de branchement ncessaire dans toutes les habitations est un disjoncteur X ampres (fonction de l'abonnement) 500mA (ou 300mA). Le consuel qui valide l'installation lectrique et permet le branchement lectrique d'un habitation mesure la rsistance de terre et vrifie que cette rsistance Ru multiplie par le courant de dfaut (500mA ou 300mA) est bien infrieur 50V.

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Uc

Uc

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5.3) Principe de fonctionnement du DDR: Le disjoncteur diffrentiel est constitu d'un tore magntique sur lequel est bobin 2 spires parcourues respectivement par le courant de phase Iph et par le courant de neutre In. Ces 2 courants crent chacuns un flux magntique de valeur 1 - 2 (les 2 spires sont bobines dans le sens contraire). Une troisime spire est alors relie une bobine. Cette spire voit une tension e(t). Ouverture d (1 2) des contacts e(t ) = dt Soit Id le courant de dfaut (Id=Iph-In) Quand Id=0 1 = 2 et donc pas de courant induit dans K1 Quand Id0 1 2 et donc un courant est induit dans K1 qui fait ouvrir les contacts.

5.4) Symbole dun disjoncteur diffrentiel :

bloc diffrentiel : Bloc Vigi C60 rajouter un disjoncteur

Dclic Vigi : disjoncteur diffrentiel

A_6.

Les appareils lectriques

Du point de vue de la protection contre les contacts indirects les matriels sont rpertoris en quatre classes :

6.1) Appareils de CLASSE 0 le matriel possde une isolation principale mais pas de borne de terre (1re protection). La scurit est assure par le sol qui doit tre imprativement isolant (2me protection) il n'existe pas de symbole pour cette classe qui tend disparatre. Exemple: lampe de bureau mtallique alimente par un cble souple 2 conducteurs avec une prise 2 broches conductrices.

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F

TEDF

T INST

Il faut dfinir un volume de protection autour de l'appareil afin que la deuxime main ne risque pas de crer un danger.

6.2) Appareils de CLASSE 1le matriel possde une borne de terre et une isolation principale (1ere protection) la borne de terre est relie un conducteur de protection (PE), la scurit est assure par un dispositif de coupure qui agira l'apparition du premier dfaut (2 protection) Les appareils de classe 1 sont les plus rpandus dans les laboratoires. Le symbole officieux est le symbole de mise la terre. Exemples : -appareil domestique dont les parties mtalliques accessibles sont relies un conducteur de protection vert-jaune.P 240V - 50Hz ~ N

F

PE TEDF TINST

PE JLS 15

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6.3) Appareils de CLASSE 2 le matriel est sans borne de terre avec une isolation principale (1ere protection) la scurit est assure par une deuxime isolation (2 protection) le symbole des appareils de classe 2 est le suivant :Exemples : -outillage portatif -les mutimtres portatifs,certains multimtres de table (MX 579..), certains oscilloscopes (OX709,OX711...), certaines alimentations 15VP 240V - 50Hz ~ N

F

TEDF

TINST

PE

6.4) Appareils de CLASSE 3 la protection est assure par l'alimentation en trs basse tension ( < 50 V ) le transformateur d'alimentation possde une isolation principale renforce sans prise de terre. Exemples : - train lectrique

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PE T EDF T INST

Le transformateur doit tre un transformateur de scurit conforme la norme NF C 52-742; les enroulements sont isols entre eux et isols du circuit magntique et des masses de faon sre.

B

Production et distribution lectrique

La production lectrique en France dpend essentiellement du nuclaire (75%). Ensuite , les centrales hydrauliques fournissent environ 10 % de l'lectricit suivi par les centrales au charbon, fioul et gaz. Le transport de l'lectricit utilise diffrents rseaux : 400kV et 225kVpour les interconnexions longues distances, 90kv et 63 kV pour les interconnexions moyennes distances 20kV pour les connexions courtes distances. En bout de ligne, o se trouve l'abonn 3 tarifications possibles : utilisation domestique (tarif bleu SIN ). Cette dformation n'tant pas instantane, il est ncessaire de rajouter un autre circuit de coupure qui puisse protger contre un court-circuit (courant I>>IN ). un circuit magntique (lectro-aimant) qui ouvre le circuit dans le cas ou un courant trs important suprieur au courant IM traverse la bobine. L'intrt d'une telle protection est sa rapidit d'ouverture. En effet dans le cas d'un court-circuit l'chauffement des cbles est trs rapide et le circuit lectrique doit tre ouvert le plus rapidement possible.

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D_4.

Exemple de branchement:Neutre Phase

Disjoncteur DB90 diffrentiel 300mA calibre 26A

Interrupteur diffrentiel ID instantan 30 mA Disjoncteurs C60N 20 A Disjoncteur diffrentiel Dclic Vigi 30mA 20A

Prises 10/16 A (B) Prises 10/16 A (A) JLS 31

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Dans l'exemple prcdent un interrupteur diffrentiel 30 mA protge les personnes contre les contacts directs pour toutes les prises 10/16A. Il est possible de mettre 5 prises de courant par disjoncteur mme si ici ne figure qu'une prise lectrique par disjoncteur. Une prise lectrique est protge par un disjoncteur diffrentiel permettant la protection contre l'incendie (protection des biens) et contre les contacts directs (protection des personnes). Pour finir un disjoncteur de branchement DB90 calibre 26A permet un abonnement 6kVA (230*26). Ce disjoncteur diffrentiel 300mA permet une protection contre les contacts indirects pour tout appareil reli la terre (tension de dfaut

5.3) Exemples :1 3 5 A1 A2

1

3

5

I >> I >> I >> I>2

I>4 6

I> I>2

I>4 6

I>

GV2-M10

INTEGRAL 32

Remarques : Le disjoncteur moteur permet de faire lconomie dun relais thermique tant donn que le disjoncteur moteur possde une protection thermique rglable. Il existe des disjoncteurs moteur qui intgre toutes les fonctions de commande, de protection et de sectionnement : cest le cas de lintgral 32 de Tlmcanique.

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http://www.positron-libre.com/archives/schema-industriel/cours-schema.pdf

F

Rgles de synthse des schmas lectriques:

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F_1.

Identification des lments sur un schma lectrique

1.1) Dfinition On dsigne par lment un tout indissociable, par exemple un contacteur, un sectionneur ou un boutonpoussoir. 1.2) Principe de l'identification

1.3) Identification de la sorte d'lment Les lments sont identifis l'aide de lettre repre (sur la partie A). Exemple : une bobine de contacteur : K un bouton poussoir : STableau des lettres repres pour l'identification des sortes d'lments

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1.4) Identification de la fonction de l'lment Le repre choisi doit commencer par une lettre (partie B) qui peut tre suivie des lettres et/ou chiffres complmentaires ncessaires (partie C). Le code utilis doit tre explicite. Exemple: la protection par relais thermique F1 pourra tre identifie fonctionnellement par Rth1.(KA1 pour un contacteur auxiliaire ; KM2 ...)

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F_2.

Contacteurs : Principe de marquage des contacts

2.1) Contacts principaux les bornes sont repres par un seul chiffre de 1 6 (tripolaire), de 1 8 (ttrapolaire).

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Le chiffre des dizaines indique le numro d'ordre de chaque contact auxiliaire de l'appareil.

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F_3.

Exemple 1 de commande moteur

Il existe 2 styles de commande et protection moteurs : la solution la plus conomique et la plus ancienne utilise un sectionneur porte fusible et un relais thermique . Le sectionneur permet l'ouverture du circuit pour faire des travaux de maintenance. Le sectionneur peut en gnral tre consign (rajout d'un cadenas) pour ne permettre son ouverture qu'avec la personne comptente. Les fusibles se trouvant dans le sectionneur permettent la protection des cbles contre les surcharges et court-circuit. Le contacteur permet la commande du moteur. Le relais thermique rglable par une molette va protger le moteur. Pour un moteur de courant nominal 2.2A , un relais thermique 1.8/2.6A sera rgl 2.2A. La solution la plus classique utilise un interrupteur permettant l'ouverture du circuit en charge pour des oprations de maintenance. Un disjoncteur moteur magnto-thermique permet la protection du moteur et ce grce une molette de rglage. Le disjoncteur moteur assure les fonctions du fusible et du relais thermique. Le disjoncteur peut mme servir d'interrupteur.

F_4.

Exemple 2 et bonne pratique(http://www.codeart.org/)

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F_5.

Exemple 3

1

3

5

2

4

6

1

3

5

13

2

4

6

14

bornierA1 A2

1 3

5

Q1 S1

2 4 6

S21 3 513 A1

S3 KM1A2

2 4 6 JLS

14

bornier

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F_6.

Exemple 4: exerciceN L1 L2 L3

Interrupteur diffrentiel ID 30 mA

Disjoncteur C60N triphas 40 A

Disjoncteur moteur magntothermique

Disjoncteur C60N 25 A

Moteur LS71 L Prises 10/16 A

Commande triphas moteur + protection prises monophass MoteursLS 71 L

PN (en kW)0,55

cos0,7

(en %)70

1.1) Calculer le courant nominal IN consomm par le moteur. 1.2) En dduire le calibre du disjoncteur moteur. 1.3) Donner le rle de ce disjoncteur moteur (on prendra soin de prciser sil y a une protection contre les

surcharges et contre les court-circuit et quels lments sont utiliss pour ces protections). 1.4) Quel est le courant de dmarrage dun moteur ? En dduire la diffrence entre un disjoncteur moteur et un disjoncteur dhabitation (type C60). 1.5) Donner le rle de linterrupteur diffrentiel ttrapolaire. 1.6) Pourquoi doit-on placer un interrupteur ttrapolaire en amont de linstallation ? 1.7) Sachant que le disjoncteur tripolaire est dun calibre 40 A, ce choix est-il raisonnable ? 1.8) On branche un four de 1,5 kW et un aspirateur de 1 kW (cos =0,5) et une lampe hallogne 1kW. Le moteur LS71L fonctionne. Faire le bilan des puissances. 1.9) En dduire le courant I appel. 1.10) Calculer le facteur de puissance de linstallation.

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G

Le moteur asynchrone :

La plupart des applications utilisant des moteurs utilise un moteur asynchrone. L'intrt du moteur asynchrone par rapport aux autres moteurs (MCC , moteur synchrones) rside dans son induit sans balais. Ces moteurs ne ncessitent donc pas de maintenance et sont robustes. Le moteur asynchrone reprsente 80% des moteurs utiliss industriellement, tant donn leur simplicit de construction et leur facilit de dmarrage. D'autre part puissance gale, c'est le moteur le moins cher. Il ne ncessite pas de source de tension particulire puisqu'il fonctionne sous la tension rseau.

G_1.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

En alimentant 3 bobines identiques dcales de 120, par une tension alternative triphase, on produit 3 champs magntiques alternatifs. La somme des 3 champs magntiques alternatifs de pulsation est un champ tournant de pulsation (p tant le nombre de paires de ples) l'intrieur du rotor. Pour une frquence de 50Hz et une p paire de ples le champs tournant est de 50 tr/s et donc 3000 tr/mn. Pour un moteur 2 paires de ples le champs tournant est de 1500 tr/mn. Ce champ tournant cre dans le circuit lectrique du rotor des courants induits qui provoquent une force magntomotrice qui entrane le rotor en rotation. La vitesse du rotor est toujours infrieure la vitesse de synchronisme s (champs tournant cr par le stator). On introduit la notion de glissement entre la vitesse du rotor r et la vitesse s tel que r = s (1 g ) avec g donn en % (en gnral 4 8%).I (C)

s =

ID (CD)

g=

s r s

IN (CN)

r

s

G_2.

Cablage d'un moteur asynchrone

Un moteur asynchrone possde une plaque bornes constitu de 6 douilles.

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2 solutions de cblage :

exemple couplage toile

Couplage toile

Couplage triangle

G_3.

Choix du couplage

Le choix du couplage va dpendre des informations de la plaque signaltique : pour un moteur 220V /380V : La tension la moins leve correspond la tension maximale que peut supporter un enroulement. Dans cet exemple : 220V Triangle / 380V Y : Il suffit dexcuter le couplage triangle si le rseau est de 220V entre phase ou Y sil est de 380V Le tableau ci-dessous rcapitule les diffrentes solutions de cblage en fonction du rseau et du type de moteur. Le rseau le plus courant est videmment le rseau 3*380V (tension entre phases). On a coutume de dire que c'est le rseau 220/380V . La tension actuelle est de 230/410V +/- 10% et ce depuis 1995.

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G_4.

Commandes moteurs : Problme de dmarrage

4.1) Couplage toile triangle Comme tout moteur lectrique l'application d'une tension nominale aux bornes du moteur l'arrt provoque l'apparition d'un courant important et donc d'un couple important de dmarrage. Le dmarrage direct sur le rseau d'un moteur asynchrone va donc provoquer un chauffement des enroulements et une usure importante des parties mcaniques en contact avec le moteur. Le cas classique est le moteur d'ascenseur. Un dmarrage du moteur en direct provoque des coups intolrables . Il existe plusieurs solutions pour palier cet inconvnient : La solution la plus simple est le dmarrage toile -triangle. Dans cet exemple, l'appui sur S2 va commander la fermeture de KM1 et de KM2. Le moteur est cabl en toile et donc le courant consomm dans chaque phase est Id/3 (un montage en toile consomme trois fois moins de courant qu'en triangle). Le contact KM2 tant temporis, aprs 1 3 s le contact KM2 (55, 56) s'ouvre et KM2(68,67) se ferme provoquant la fermeture de KM3 et l'ouverture de KM1. Le moteur se trouve alors cabl en triangle , ce qui permet d'acclrer et d'aller vitesse nominale.couplage triangle I (C) couplage toile ID (CD)

IN (CN)

r JLS

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4.2) Utilisation d'un dmarreur lectronique L'autre solution consiste utiliser un dmarreur lectronique (altistar de Schneider, digistar chez Legrand,..)

La valeur efficace de la tension d'alimentation est augmente progressivement et ce grce des triacs.

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4.3) Exemple avec Le digistart

4.4) Variateur de frquence Cette solution utilise un onduleur ce qui permet de gnrer une tension sinusodale triphas de frquence variable de 0 50Hz. Cette solution plus chre permet de commander le moteur couple constant et ce quel que soit la vitesse du moteur.

http://www.schneider-electric.com/cahier_technique/fr/pdf/ct208.pdf

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Un tel circuit permet de gnrer dans le moteur 3 courants triphass quasi-sinusoidal (THD

ectrotechnique important

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