Memoire Didilou V4 [PDF]

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REPUBLIQUE DU SENEGAL UN PEUPLE – UN BUT – UNE FOI -----------MINISTERE DE RECHERCHE

L’ENSEIGNEMENT

SUPERIEUR

ET

DE

LA

-----------DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR -----------INSTITUT SUPERIEUR DE TECHNOLOGIE INDUSTRIELLE Sicap Sacré Cœur II- BP : 10115- Tél/Fax: 33 82541 66, Dakar-Sénégal Site web: Http: / www.ipg-isti.com

Email: [email protected]

MEMOIRE DE FIN DE CYCLE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE LICENCE PROFESSIONNELLE Option : Electrotechnique-Electromécanique-Froid et Climatisation

Thème : DIMENSIONNEMENT ET PROTECTION D’UNE INSTALLATION ELECTRIQUE BT : APPLICATION A UN IMMEUBLE R+3 A USAGE DE BUREAU

Présenté par : Antoine Geresse DIDILOU

Sous la Direction de : M. Mouhamadou Sacoura THIOYE Ingénieur en génie électrique, master recherche en énergie renouvelables et systèmes électriques

Année Académique 2017-2018

48 IPG-ISTI DIMENSIONNEMENT ET PROTECTION D’UNE INSTALLATION ELECTRIQUE BT : APPLICATION A UN IMMEUBLE R+3 A USAGE DE BUREAU

RESUME Ce projet porte sur le dimensionnement d’une installation électrique BT d’un immeuble R+3. En premier lieu, nous avons parlé de certaines normes  en donnant les principaux points, donc les règles à respecter pour une bonne installation et deuxièmement, nous avons parlé des protections des installations électriques

BT en faisant

apparaitre les différents moyens pour assurer la protection des personnes et des biens contre les contacts direct et indirect, les surcharges, les surintensités, la foudre . Au deuxième chapitre nous avons fait la méthodologie du dimensionnement d’une installation électrique en calculant la section des câbles, les courants de court-circuit et la chute de tension. Enfin dans la troisième chapitre nous avons fait le bilan de puissance de chaque coffret de l’installation en faisant ressortir les calibres disjoncteurs principaux des coffrets et les sections de leur câble d’alimentation et le schéma des coffrets correspondant.

MOTS CLES 

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SUMMARY This project concerns the dimensioning of an electrical installation BT of a building R+3. First, we talked about standards by giving the main points, so the rules to respect for a good installation and second we talked about the protections of the low voltage electrical installations by showing the different ways to ensure protection people and property against direct and indirect contact, overcharges, overcurrent, lightning .... In the second chapter we made the methodology of the dimensioning of an electrical installation by calculating the section of the cables, the currents of short-circuits and the fall of tension. Finally, in the third chapter we made the power sizing of each box of the installation by highlighting the main circuit breaker ratings of the box and the sections of their power cable and the diagram of the corresponding box.

KEYWORDS

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DEDICACE Je dédie de tout cœur ce modeste travail :  A mes chers parents, en témoignage de ma gratitude si grande pour tous les sacrifices qu’ils ont consentis pour mon bien être et le soutien qu’ils m’ont prodigué tout le long de mon éducation ;  A mes frères, pour leur encouragement et leur bonté qu’ils m’ont accordé, j’exprime ma profonde reconnaissance et mon grand respect ;  A mes très chères sœurs Lili, Heldaî, Nana et autres ;  A mon beau-frère Milandou pour son soutien ;  A tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin, je leurs dédie cet humble travail en reconnaissance de leur inestimable soutien durant ce long parcours ;  A toute la famille DIDILOU, PAKA, BAKOUMA, PASSI ;  A tous mes amis, qu’ils trouvent en ce travail, l’hommage de ma gratitude, qu’aucun mot ne saurait exprimer, pour leur attachement durant ces longues années.

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REMERCIEMENTS Avant tout, Je remercie Dieu qui m'a armé de force et de courage, pour la parfaite santé dont j'ai bénéficié pendant cette préparation, de m'avoir permis d'achever ce mémoire sans difficultés majeures, et pour l'immensité de sa providence qui guide et couvre tous les aspects de notre vie. Au terme de ce travail, je tiens à remercier :  L’Etat Congolais qui s’est sacrifié pour nous payer les études nous permettant ainsi de réaliser une partie de nos ambitions ;  Tout le corps administratif de l’Institut Supérieur de Technologie Industrielle pour nous avoir accompagné dans cette belle aventure et pour toute aide précieuse qu’ils ont accordé ; encore merci ;  Mon encadreur, Monsieur Mouhamadou Sacoura THIOYE pour sa rigueur, ses enseignements, sa disponibilité, pour l’intérêt qu’il a apporté à ce travail, ses critiques et les conseils qui m’ont permis d’améliorer ce travail afin que je puisse mettre ce projet en œuvre. Puisse ALLAH le tout-puissant

le

récompense pour son encadrement. Enfin, dans ces dernières lignes je tiens à remercier mes parents, mes sœurs et mes frères, pour les conseils et les encouragements qu’ils m’ont toujours prodigués ainsi que pour leur soutien tant moral que financier. Sans eux, je n’en serais pas où j’en suis et ce que je suis. Merci encore à tous…

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TABLE DES MATIERES RESUME....................................................................................................................III SUMMARY...............................................................................................................IV DEDICACE................................................................................................................VI REMERCIEMENTS.................................................................................................VII TABLE DES MATIERES.......................................................................................VIII LISTE DES TABLEAUX..........................................................................................XI LISTE DES FIGURES..............................................................................................XII LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS...........................................................XIII AVANT-PROPOS....................................................................................................XV INTRODUCTION GENERALE..................................................................................1 CHAPITRE I : PROTECTION DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES BT..........2 INTRODUCTION........................................................................................................3 I. Généralité sur les installations électriques................................................................3 I.1 Normes NFC...........................................................................................................3 I.2 Les principales évolutions.......................................................................................4 I.3 Réalisation pratique d’une prise de terre.................................................................4 I.3.1 Technologie de réalisation....................................................................................4 I.4 Protection contre les chocs électriques....................................................................7 I.4.1 Protection contre les contacts directs...................................................................7 I.4.1.1 Mesure de protection contre les contacts directs...............................................8 I.4.2 Protections contre les contacts indirects...............................................................9 I.4.2.1 Mesure de protection contre les contacts indirects............................................9 I.5 Protection incendie dans le cas d’un défaut d’isolement......................................10

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I.5.1 Mesures de protection des biens contre le risque d’incendie.............................11 I.6 Les schémas de liaison à la terre...........................................................................11 I.6.1 Définition............................................................................................................11 I.6.2 Différents types de régime de neutre..................................................................11 I.6.3 Temps de coupure maximal...............................................................................15 I.7 Dispositif différentiel à courant résiduel (DDR)...................................................16 I.7.1 Type de DDR......................................................................................................16 I.7.2 Description.........................................................................................................17 I.7.3 Sensibilité des DDR aux perturbations..............................................................17 I.8 Protection contre les surtensions...........................................................................19 I.8.1 Généralité sur les surtensions.............................................................................19 I.8.2 La protection contre la foudre............................................................................20 I.8.3 Principe de la protection foudre.........................................................................21 Conclusion..................................................................................................................23 CHAPITRE II : METHODOLOGIE DU DIMENSIONNEMENT D’UNE INSTALLATION ELECTRIQUE BT.......................................................................25 Introduction.................................................................................................................25 II. Dimensionnement d’une installation électrique.....................................................26 II.1 Schéma d’implantation........................................................................................26 II.2 Bilan des puissances de l’installation...................................................................27 II.2.1 Objectifs..........................................................................................................27 II.2.2 Description des facteurs d’optimisation............................................................28 II.2.3 Définition de certaines puissances....................................................................30 II.2.4 Inventaires des récepteurs.................................................................................31 II.3 Détermination de la section des conducteurs et câbles........................................33 II.3.1 Méthodologie de calcul de la section................................................................33

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II.4 Détermination de la chute de tension...................................................................36 II.4.1 Détermination de la chute de tension par le calcul...........................................36 II.4.2 Limite maximale de la chute de tension............................................................37 II.5 Schéma des coffrets.............................................................................................38 II.5.1 Architecture.......................................................................................................38 III.5.2 Normes applicables..........................................................................................39 Conclusion..................................................................................................................40 CHAPITRE III : APPLICATION AU DIMENSIONNEMENT D’UN IMMEUBLE A USAGE DE BUREAU...........................................................................................41 III.1 Présentation de mon projet.................................................................................42 III.2 But du projet.......................................................................................................42 III.3 Outils utilisés......................................................................................................42 III.4 Architecture de l’installation..............................................................................43 III.5 Plans d’implantation...........................................................................................43 III.6 Exemple de bilan de puissance du coffret RDC.................................................44 III.7 : Tableau général du résultat de l’installation.....................................................48 III.8 : Exemple du schéma de coffret du Terrasse......................................................48 Conclusion..................................................................................................................49 BIBLIOGRAPHIE......................................................................................................50 Annexe I : Schémas des plans d’éclairage..................................................................51 Annexe II : Schémas des plans des circuits prise de courant.....................................52 Annexe III : Schémas des plans climatisations...........................................................53 Annexe IV : Bilan des puissances de tous les coffrets...............................................54 Annexe V : Schémas des coffrets...............................................................................55 Annexe VI...................................................................................................................56

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LISTE DES TABLEAUX Tableau I. 1: Tension limite conventionnelle de contacts UL selon les types de locaux...................................................................................................................................10 Tableau I. 2: Durée maximale de maintien de la tension alternative de contact présumée dans les conditions normales...........................................................................16

Y Tableau II. 1: Valeur de facteur de simultanéité pour un tableau de distribution.......28 Tableau II. 2: Facteur de simultanéité pour l'habitat......................................................28 Tableau II. 3: Coefficient de simultanéité en fonction d'utilisation..............................29 Tableau II. 4: Valeur de Ku pour quelques récepteurs...................................................29 Tableau II. 5: Désignation de l'installation......................................................................31 Tableau II. 6: Méthode de calcul des puissances............................................................32 Tableau II. 7: Section du conducteur de protection........................................................36 Tableau II. 8: Formules usuelles de calculs de la chute de tension...............................36 Tableau II. 9: Limite maximale de la chute de tension..................................................38 Tableau II. 10: Exigence de la norme...............................................................................39 Tableau III.1: Résultat du bilan de puissance du RDC..................................................45 Tableau III. 2: Calcul de la section...................................................................................46 Tableau III. 3: Valeur de la section de chaque coffret....................................................47 Tableau III. 4: Récapitulatif de la section des conducteurs et du calibre des disjoncteurs.........................................................................................................................48

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LISTE DES FIGURES Figure I. 1: Exemple de réalisation d'une boucle à fond de fouille..........................................6 Figure I. 2 : Exemple de réalisation d'une prise de terre en tranchée.......................................7 Figure I. 3: Exemple de réalisation d'un piquet de terre..........................................................8 Figure I. 4: Contact direct entre une phase et le neutre............................................................8 Figure I. 5: Contact indirect (appareil non relié à la prise de terre).......................................10 Figure I. 6: Schéma de principe TT.......................................................................................13 Figure I. 7: Exemple d'une boucle de défaut.........................................................................14 Figure I. 8: Schéma TN-C.....................................................................................................15 Figure I. 9: Schéma TN-S.....................................................................................................15 Figure I. 10: Schéma IT.........................................................................................................16 Figure I. 11: Structure interne des disjoncteurs magnéto-thermique modulaires...................17 Figure I. 12: Les différents types d'impact de foudre. [3]......................................................23 Figure I. 13: Utilisation des parafoudres...............................................................................25 Y

Figure II. 1: Exemple de schéma d'implantation.............................................................30 Figure II. 2: Architecture du coffret.................................................................................42 Figure III. 1: Architecture de l'installation............................................................................46 Figure III. 2: Plan d'éclairage................................................................................................47

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LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS NFC : UTE : DDR : BT : DCL : TBTS : IP : HS : UL : SLT : If : RA : IΔn : PE : IA : Id : HF : MT : T : kA : Ks : Ku : Ke  Pinst : Pn : Pa : ɳ : Pf : Q : S : Pt : Qt : A : V : V : km : mm : Ω : U : L : IZ : IB : K1 :

Norme française Union technique de l’électricité Dispositif différentiel à courant résiduel Basse tension Dispositif de commande d’éclairage Très basse tension de sécurité Indice de protection Haute sécurité Tension limite de contact Schéma de liaison à la terre Courant de défaut par fusion Résistance de prise de terre des masses Seuil de sensibilité Conducteur de protection electrique Courant de fonctionnement du dispositif de de protection Courant de défaut Haute fréquence Moyenne tension Durée de la surtension Kilo ampère Facteur de simultanéité Facteur d’utilisation Facteur d’extension Puissance installée en W Puissance nominale en W Puissance absorbée en W Rendement en % Puissance foisonnée en W Puissance réactive en VAR Puissance apparente en VA Puissance active totale en W Puissance réactive totale en W Ampère Volt Tension simple en V Kilomètre Millimètre Ohm Tension entre phase en V Longueur du câble en km Courant admissible Courant d’emploi en A Coefficient dépendant du mode de pose

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K2 : K3 : Sph : ρ : X : S : Cosφ : ΔU : ICC : ZCC :

Coefficient dépendant de l’influence des circuits voisins Coefficient dépendant de la température Section des conducteurs de phase Résistivité des conducteurs en Ωmm2/Km Réactance linéique en mm2 Section des conducteurs en mm2 Facteur de puissance Chute de tension Courant de court-circuit Impédance de court-circuit

AVANT-PROPOS Né de la coopération entre l’académie d’ODESSA et le groupe Institut Privé de Gestion (I.P.G), Institut Supérieur de Technologie Industrielle (I.S.T.I) a été mis en place depuis 1984 en collaboration avec les universités et instituts canadiens et Ukrainiens. Construit sur une superficie de 600 m 2, le groupe IPG-ISTI compte plusieurs salles de cours, des salles spécialisées pour des séminaires, des conférences, des salles des travaux pratiques, des laboratoires et des salles de reproduction. Le souci de diversification de ses filières de formation, la collaboration avec les universités et instituts canadiens et Ukrainiens, encouragée par les excellents résultats aux différents examens d’Etat, vont aboutir à la création en 1994 de l’Institut Supérieur de Technologie Industrielle ISTI qui vise une formation technique équilibrée en synergie avec le milieu industriel ; il complète IPG et devient le groupe IPG-ISTI. A travers des cours magistraux et pratiques, l’ISTI offre des formations dans les filières suivantes : Electromécanique-Electrotechnique –Froid et climatisation,

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Informatique –Electronique Industrielle, Informatique de Gestion. Pour allier les notions théoriques acquises à la pratique, chaque étudiant se trouvant en fin de cycle doit présenter et soutenir un mémoire en rapport avec sa spécialité suivant un thème choisi. Ainsi, pour répondre aux exigences de l’établissement, ce mémoire qui porte sur le thème: « Dimensionnement et protection d’une installation électrique BT : application à un immeuble d’usage de bureau » a été rédigé sous la direction de Monsieur Mouhamadou Sacoura Thioye ingénieur en génie électrique.

INTRODUCTION GENERALE Actuellement dans le monde, les êtres humains utilisent de plus en plus d’énergie électrique. Les appareils fonctionnant à base d’électricité sont de plus en plus nombreux. Ainsi, la consommation de l’énergie électrique par habitant apparait comme un indicateur du niveau de vie de la société. Les nombreux avantages de l’énergie électrique ne doivent pas faire oublier les risques qui y sont attachés. L’électricité est utilisée de manière courante par le grand public, et des accidents encore trop nombreux se produisent avec comme conséquences électrocutions, brûlures, incendies. De strictes règles d’installation ont été établies par des organismes internationaux (IEC, CENELEC) ou nationaux (ASN au Sénégal, NFPA aux USA, UTE en France …). Des dispositifs de protection sûrs ont été conçus, grâce à l’analyse rigoureuse des risques et des conséquences de défaillance de matériel ou de mauvaise utilisation.

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L’objet de ce travail pour sur la conception d’une installation électrique d’un immeuble R+3 à usage de bureau sure, optimale et respectant les normes prescrites. Pour mener à bien cette étude, le travail est subdivisée en trois chapitres. Le premier chapitre présente et expose les généralités sur les installations électriques BT et de certaines normes qui les régissent et parle aussi de la protection des installations électriques BT, le deuxième chapitre est consacré à la méthodologie du dimensionnement des installations électriques BT et enfin dans le troisième chapitre nous présenterons les différents résultats du dimensionnement du projet à étudier.

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CHAPITRE I : PROTECTION DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES BT

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INTRODUCTION On entend par installation électrique , toute installation de câblage sous-terre, aérien ou dans un bâtiment , pour la transmission d’un point à un autre de l’énergie provenant d’un distributeur d’électricité ou de toute autre source d’alimentation, pour l’alimentation de tout appareil électrique , y compris la connexion du câble à cet appareillage. Le courant électrique reste dangereux par son caractère invisible. Les effets sur l’homme en sont aujourd’hui suffisamment bien connus pour s’en protéger efficacement. Les risques pouvant affectés l’installation elle-même et les biens qui l’entourent doivent faire l’objet d’une analyse conduisant à l’adoption des solutions de protections les mieux adaptées. Nous aborderons pour commencer ce chapitre, les généralités sur les installations électriques, les principales normes qui régissent les installations électriques pour les lieux d’habitation. Nous développerons ensuite de manière générale sur la protection et les réalisations pratique d’une prise de terre.

I. Généralité sur les installations électriques

I.1 Normes NFC La norme NFC 15-100 (norme française) est un document de référence qui a pour but de fixer des règles de mises en œuvre des installations électriques. La bonne exécution de ces règles permet d’assurer : 

La sécurité des biens, des personnes et des animaux domestiques ;



Le bon fonctionnement des installations ;



Les besoins normaux en énergie électrique (en termes de disponibilité) et le confort des usagers.

Elle traite en général de la conception, de la réalisation, de la vérification et de l’entretien des installations électriques alimentées sous une tension électrique au plus égale à 1000volts en courant alternatif et à 1500 volts en courant continu.

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L’édition actuelle de la norme NFC 15-100 est entrée en vigueur le 5 décembre 2002 avec différentes modifications dont la dernière date de 2015. Elle s’applique à toutes les installations. I.2 Les principales évolutions Le dernier amendement de 2015 a consacré les évolutions suivantes : 

Le dispositif différentiel à courant résiduel de type A est obligatoire pour les matériels susceptibles de générer des courants à composante continue ;



La mise en œuvre de parafoudre dans certain cas (en fonction des zones) ;



La prise en compte dans le dimensionnement du conducteur neutre des courants harmoniques ;



Le contrôleur permanent d’isolement pour la surveillance des matériels hors tension ;



L’introduction du coefficient 3 entre la sensibilité de deux DDR placés en série pour assurer une sélectivité totale ;



L’évolution des volumes des salles d’eau ;



La protection 30 mA généralisée à tous les socles de prise de courant ;

I.3 Réalisation pratique d’une prise de terre Toutes pièces ou ensemble de pièces conductrices enfoncés dans le sol et assurant une liaison électrique efficace avec la terre constituent une prise de terre. Les prises de terre sont une nécessité pour la protection des personnes et des matériels pour toutes les installations électriques. La qualité d’une prise de terre (résistance aussi faible que possible ≤10 Ω) est essentiellement fonction de 2 facteurs : 

nature du sol (résistivité)



technologie de réalisation

I.3.1 Technologie de réalisation Il existe de nombreux types de prise de terre, nous citerons que les trois (3) techniques classiques de réalisation de prise de terre : Boucle à fond de fouille, prise de terre en tranchée et piquet de terre.

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I.3.1.1 Boucle à fond de fouille Cette solution est notamment conseillée pour toute construction nouvelle. Elle consiste à placer un conducteur nu sous le béton de propreté, ou enfoui à 1 m au moins sous la terre en dessous de la base du béton des fondations des murs extérieurs. Il est important que ce conducteur nu soit en contact direct avec le sol (et non placé dans du gravier, du mâchefer ou des matériaux analogues formant souvent l’assise du béton). Ni la boucle de terre, ni les conducteurs de terre verticaux le reliant à la borne de terre, ne doivent être en contact avec l’armature du béton armé : cette armature doit être raccordée directement à la borne principale de terre. En règle générale, les conducteurs de terre verticaux reliant une prise de terre à un niveau hors sol doivent être isolés pour la tension nominale des réseaux BT (600V – 1000V). Pour les bâtiments existants, le conducteur à fond de fouille doit être enterré tout autour des murs extérieurs des locaux à une profondeur d’au moins 1 mètre. Le conducteur peut être : 

en cuivre : câble (≥ 25 mm2) ou feuillard (≥25 mm2 et épaisseur ≥ 2 mm),



en aluminium gainé de plomb : câble (≥35 mm2),



en acier galvanisé : câble (≥ 95 mm2) ou feuillard (≥100 mm2 et épaisseur ≥3 mm).

Figure I. 1: Exemple de réalisation d'une boucle à fond de fouille

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I.3.1.2 Prise de terre en tranchée L’idée est d’utiliser la tranchée qui sert à l’arrivée du courant, de l’eau, du gaz et autres services pour poser un conducteur de cuivre nu d’une section minimale de 25mm2.Il faut que le conducteur soit à une profondeur minimale de 1m afin que le gel et la sécheresse ne dégradent pas la prise de terre. Le conducteur de terre doit être distant d’au moins 20 cm de toutes les autres canalisations.

Figure I. 2 : Exemple de réalisation d'une prise de terre en tranchée

I.3.1.3. Piquet de terre Cette méthode, très simple à mettre en œuvre, peut servir à créer une prise de terre après la construction de la maison. Elle consiste à enfoncer un piquet métallique galvanisé afin de ne pas le rouiller à une profondeur minimale de 2m (comme exige la norme NFC 15-100). Comme dans les autres cas, il ne faut pas que le piquet soit en contact avec le bêton.

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Il indispensable que la connexion avec le piquet soit accessible après la création de cette terre.

Figure I. 3: Exemple de réalisation d'un piquet de terre

I.4 Protection contre les chocs électriques I.4.1 Protection contre les contacts directs Le contact direct est le contact entre une personne et les parties actives (phases ou neutre) des matériels sous tension.

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Figure I. 4: Contact direct entre une phase et le neutre

I.4.1.1 Mesure de protection contre les contacts directs La protection contre ce contact s'effectue de la façon suivante: 

Par isolation des parties actives : Tous les conducteurs sous tension sont recouverts d'isolants :



Par des barrières, des enveloppes, des obstacles : L'appareillage est mis sous coffret :



Par mise hors portée ou éloignement : C'est le cas des lignes aériennes à haute et basse tension. Elle est réservée aux locaux dont l'accès est restreint aux personnes averties ou qualifiées, en pratique les locaux de services électriques. La mise en œuvre de ces mesures est détaillée dans la norme CEI 60364-4-41 [3] ;



Utilisation de la très basse tension de sécurité T.B.T.S : On a recours à des tensions dites "de sécurité" de 12 V, 25 V et 50 V en courant alternatif et de 25 V, 50 V, 120 V en continu. C’est un cas particuliers, car elle ne permet pas de véhiculer des puissances importantes  [3] ;



Par protection complémentaire (disjoncteur différentiel résiduel DDR) : On emploie un dispositif différentiel haute sensibilité.

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I.4.1.2 Mesure de protection complémentaire contre les contacts directs Toutes les mesures précédentes ont un caractère préventif. L'expérience montre que la plupart peuvent se révéler parfois défaillantes pour plusieurs raisons : 

manque d'entretien,



imprudence, négligence, inattention,



usure normale ou anormale d'un isolant (exemple : sollicitations mécaniques fréquentes des cordons souples),

 

contact accidentel, présence d'eau imprévue, rendant l'isolation ou les enveloppes inefficaces. [3]

Pour pallier ce risque, la mesure de protection complémentaire contre les contacts directs consiste à utiliser des dispositifs à courant différentiel résiduel de haute sensibilité appelés en abrégé DDR-HS. Ils détectent tout courant qui ne se reboucle pas au travers des parties actives (phase ou neutre) et déconnectent automatiquement la partie de l'installation concernée. [3] I.4.2 Protections contre les contacts indirects. Le contact indirect est le contact d’une personne avec des masses mises accidentellement sous tension.

Figure I. 5: Contact indirect (appareil non relié à la prise de terre)

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I.4.2.1 Mesure de protection contre les contacts indirects La protection contre ce contact s'effectue de la façon suivante: I.4.2.1.1 Mesure de protection sans coupure automatique Ce type de protection est limité à certaines parties de l'installation. Il est réalisé par : -

L'emploi de matériel de classe 2 ;

-

L'isolation supplémentaire lors de l'installation ;

-

La séparation électrique (transformateurs d'isolement) ;

-

Les liaisons équipotentielles locales, non reliées à la terre.

I.4.2.1.2 Mesure de protection par coupure automatique de l'alimentation Cette mesure de protection repose sur deux principes fondamentaux :  Mise à la terre de toutes les masses des matériels électriques de l'installation et constitution de la liaison équipotentielle principale ;  Mise hors tension automatique de la partie de l'installation où se produit un défaut d'isolement. Afin de répondre à ces deux exigences, la norme définit une valeur de tension limite de contact, des schémas des liaisons à la terre et des temps de coupure maximaux. [3] I.4.2.1.3 Tension limite conventionnelle de contact UL C’est la valeur maximale de la tension de contact présumée qu’il est admis de pouvoir maintenir indéfiniment dans des conditions d’influences externes spécifiées. Elle est parfois dénommée tension limite de sécurité. [1] Tableau I. 1: Tension limite conventionnelle de contacts UL selon les types de locaux UL (volts eff.) En alternatif 50

En continu 100

Types de locaux Locaux non mouillés 

25

50

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Habitations

 Bureaux, etc. Locaux mouillés 

En extérieur



Chantier



Quais, etc.

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12

25

Locaux immergés 

Volume

de

protection

et

d’enveloppe des salles d’eau 

Piscines, etc.

I.5 Protection incendie dans le cas d’un défaut d’isolement Des études ont montré que le coût des dégâts causés par des défauts d’isolement était particulièrement élevé (principalement liés aux incendies générés). De ce fait pour les locaux présentant un risque d'incendie élevé, des DDR de sensibilité 300 mA doivent être utilisés. Pour les autres locaux ou emplacements, certaines normes, comme le NEC (National Electrical Code - USA), recommandent ou imposent l’utilisation de dispositifs appelés Ground Fault Protection (GFP) dénommés aussi «protection Terre». [3] I.5.1 Mesures de protection des biens contre le risque d’incendie Les DDR sont des dispositifs efficaces pour assurer ce type de protection, car seul le niveau de courant permet de gérer le risque. Pour les schémas TT, IT, TN-S, le risque d’incendie d’origine électrique est pallié par l’utilisation de DDR. Une étude sur des incendies en milieu industriel et tertiaire a révélé que leur coût est très élevé. L’analyse des phénomènes montre que le risque d’incendie d’origine électrique fait apparaître deux causes principales. 

Les échauffements non maîtrisés créés par des protections de canalisations mal réglées ou des impédances de boucle de défaut mal évaluées (principalement dues à la vétusté, au manque de maintenance de l’installation). Les protections thermiques n’ayant pas joué leur rôle, des échauffements excessifs dus aux surintensités ou aux courts-circuits qui se sont produits dans l’installation, entraînant un incendie ;



Des créations et des cheminements d’arcs électriques en présence d’humidité. Ces arcs se développent avec des boucles de défaut d’impédance (Z > 0,6 Ω) et n’apparaissant que lors de défaut d’isolement ou lors de circulation de courants vagabonds.

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I.6 Les schémas de liaison à la terre I.6.1 Définition En électricité, un schéma de liaison à la terre (SLT) ou régime de neutre définit la façon dont est raccordée la terre de la source de tension (ex : réseau de distribution, un groupe électrogène, une éolienne, ...) et des masses (carcasses métalliques) des appareils côté utilisateur. I.6.2 Différents types de régime de neutre Le régime du neutre d’une installation B.T. est caractérisé par la “position” du point neutre de la source d’énergie alternative par rapport à la terre et celle des masses. La norme NF C 15.100 définit trois régimes de neutre qui sont caractérisés par deux lettres :  1 ère Lettre : Situation de l’alimentation par rapport à la terre. T : liaison d’un point avec la terre ; I : isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre ou liaison d’un point avec la terre à travers une impédance ;  2ème Lettre : Situation des masses de l’installation par rapport à la terre : T : masses reliées directement à la terre ; N : masses reliées au neutre de l’installation, lui-même relié à la terre. I.6.2.1 Régime de neutre TT I.6.2.1.1 Principe Dans ce système de distribution, le neutre de la source d’alimentation est mis à la terre et les masses de l’installation sont mises à la terre. Il est utilisé par les fournisseurs d’électricité pour les réseaux de distribution basse tension. Aussitôt qu’un défaut d’isolement survient, il doit y avoir coupure : C’est la coupure au premier défaut. La norme NFC 15 100 définit, pour les installations basse tension, le standard suivant: 

Tension domestique : 230 V monophasé – 400 V entre phases.

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Figure I. 6: Schéma de principe TT

RA : La résistance de la prise de terre de l’installation; RB: la résistance de la prise de terre des masses. En cas de défaut d’isolement d’un récepteur, le courant de défaut If (I fault) circule dans le circuit dénommé boucle de défaut. Il est constitué de l’impédance du défaut sur la masse du récepteur, du raccordement de cette masse au conducteur de protection, du conducteur de protection lui-même et de sa mise à la terre (RA); la boucle se referme par les enroulements du transformateur et le circuit d’alimentation. La condition RA x If ≤ UL doit être satisfaite pour les installations en courant alternatif. [4] Le seuil de sensibilité I∆n du dispositif différentiel de protection est choisi tel que : I ∆n≤

UL RA

(II.1)

Figure I. 7: Exemple d'une boucle de défaut

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I.6.2.2 Régime TN I.6.2.2.1 Principe Le neutre de l’alimentation est mis à la terre et les masses sont reliées au neutre ; Ainsi, tout défaut d’isolement est transformé en un défaut entre phase et neutre soit un court-circuit dont la valeur est limitée par l’impédance des câbles. On distingue deux types de régime TN : o Schéma TN-C : Le conducteur neutre et de protection électrique sont en communs. o Schéma TN-S : Le conducteur neutre est séparé du conducteur de protection électrique. I.6.2.2.1.1 Le schéma TN-C Le conducteur neutre et de protection électrique sont confondus. En aval du schéma TN-C, on utilise l’appareillage tripolaire.

Figure I. 8: Schéma TN-C I.6.2.2.1.2 Schéma TN-S  Le conducteur neutre est séparé du conducteur de protection électrique.

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Figure I. 9: Schéma TN-S

I.6.2.2.1.3 Condition de la protection Lorsqu’un défaut d’isolement survient entre une phase et la masse, le fait que cette masse soit reliée au neutre produit une forte différence de potentiel. Celle-ci a tendance à provoquer le claquage de l’isolant et à transformer le défaut d’isolement en court-circuit phase-neutre. La protection est assurée par disjoncteur ou fusible et le déclenchement se produit au premier défaut d’isolement. La protection par disjoncteur est assurée dans un schéma TN, à condition que le courant de défaut soit supérieur au courant de fonctionnement du déclencheur magnétique fusible dans le temps prescrit par la courbe de sécurité. Id > Imag La protection par fusible est assurée en schéma TN, à condition que le défaut soit supérieur au courant assurant la fusion If du fusible dans le temps t prescrit par la courbe de sécurité. Id > If I.6.2.3 Régime IT I.6.2.3.1 Principe Dans le régime de neutre isolé : -

Le neutre est isolé de la terre ou relié à la terre par une impédance élevée ;

-

Les masses sont reliées à une prise de terre.

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Figure I. 10: Schéma IT I.6.3 Temps de coupure maximal La norme CEI 60364-4-41 impose pour chaque SLT et en fonction de la tension du réseau des temps de coupure maximaux dans les conditions suivantes :  Pour les circuits terminaux, les temps de coupure sont fonction du schéma des liaisons à la terre de l’installation. Ils ne doivent pas dépasser ceux du tableau I.2. Pour les circuits de distribution, dans tous les cas les temps de coupure doivent être inférieurs à 5 s. [3]   Tableau I. 2: Durée maximale de maintien de la tension alternative de contact présumée dans les conditions normales 50 0,5 A Utilisés en schémas TN et IT, ils permettent la sélectivité avec les dispositifs haute et moyenne sensibilité. [3]

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I.7.8.1 Principaux types de perturbations Bien que ces perturbations ne soient pas dangereuses pour les personnes, elles peuvent entraîner des déclenchements intempestifs des dispositifs de protection DDR qu’il est nécessaire de pallier. [3] Courants de fuite permanents Toute installation électrique BT a un courant de fuite permanent à la terre qui est dû : 

soit aux déséquilibres des capacités de fuite naturelles des conducteurs actifs à la terre (principalement pour des circuits triphasés),



soit à des capacités entre une phase et la terre pour des circuits monophasés. Le courant de fuite est d’autant plus important que l’installation électrique est étendue. Composantes à haute fréquence HF (harmoniques, transitoires, etc.) générés 

par

des

alimentations

d’équipements

informatiques,

convertisseurs de fréquence, des commandes

des

de moteur par

variateur de vitesse, des systèmes d’éclairage à lampes fluorescentes, 

par la proximité d’appareils de coupure MT et de batterie de condensateurs d’énergie réactive. Une partie de ces courants HF peut s’écouler à la terre par les capacités de fuite des équipements.

Mise sous tension La mise sous tension de condensateurs tels que mentionnés ci-dessus crée un courant d’appel transitoire HF similaire. L’apparition du premier défaut en schéma IT crée un courant de fuite transitoire dû à la brusque élévation de tension des 2 phases saines par rapport à la terre. Surtensions de mode commun Les réseaux électriques sont soumis à des surtensions transitoires dues 

à des perturbations extérieures d’origine atmosphériques (foudre),

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

à des changements brusques des conditions de fonctionnement du réseau (défauts, fusion de fusibles, commutation de charges inductives, manœuvres d’appareillage MT, etc.).

I.9 Protection contre les surtensions I.9.1 Généralité sur les surtensions Une surtension est une impulsion ou une onde de tension qui se superpose à la tension nominale du réseau. Elle perturbe les équipements et produit un rayonnement électromagnétique. En plus, la durée de la surtension (T) cause un pic énergétique dans les circuits électriques qui est susceptible de détruire des équipements. I.9.1.1 Différents types de surtensions Quatre types de surtension peuvent perturber les installations électriques et les récepteurs :  surtensions de manœuvre : Surtensions à haute fréquence ou oscillatoire amortie causées par une modification du régime établi dans un réseau électrique (lors d’une manœuvre d’appareillage).  surtensions à fréquence industrielle : Surtensions à la même fréquence que le réseau (50, 60 ou 400 Hz) causées par un changement d’état permanent du réseau (suite à un défaut : défaut d’isolement, rupture conducteur neutre, ..).  surtensions causées par des décharges électrostatiques. Surtensions à très haute fréquence très courtes (quelques nanosecondes) causées par la décharge de charges électriques accumulées.  surtensions d’origine atmosphérique. Sont causées par des orages et sont accompagnés de coups de foudre qui constituent un sérieux risque pour les personnes et les matériels.

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I.9.2 La protection contre la foudre Par nature, énergétique et inattendu, le choc de foudre a souvent des conséquences dramatiques pour les installations électriques. Et même si les méthodes ne sont pas totalement infaillibles, l’évaluation des risques et de ses conséquences est indispensable. Les coups de foudre peuvent toucher les installations électriques (et/ou de communication) d’un bâtiment de deux manières : [3] 

par impact direct ;



par impact indirect ;

La figure ci-dessous montre les différents impacts de la foudre sur une structure (a) : La foudre tombe sur une structure non protégée ; le bâtiment et les installations à l’intérieur du bâtiment sont généralement détruits (b) : un coup de foudre peut tomber sur une ligne électrique aérienne alimentant le bâtiment. La surintensité et la surtension peuvent se propager à plusieurs kilomètres du point d’impact. (c) : La foudre tombe à proximité d’une ligne aérienne ; les installations électriques à l’intérieur du bâtiment sont généralement détruites. (d) : La foudre tombe à proximité d’un bâtiment ; les installations électriques à l’intérieur du bâtiment sont généralement détruites.

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Figure I. 12: Les différents types d'impact de foudre. [3] I.9.3 Principe de la protection foudre I.9.3.1 Règles générales I.9.3.1.2 Démarche pour prévenir les risques de foudroiement Le principe de base de la protection d'une installation contre les risques de foudroiement consiste à empêcher l'énergie perturbatrice d'atteindre les équipements sensibles. Pour cela, il est nécessaire : [3] 

de capter et de canaliser le courant de foudre vers la terre par le chemin le plus direct (en évitant la proximité des équipements sensibles),



de réaliser l'équipotentialité de l'installation. Cette liaison équipotentielle est réalisée par des conducteurs d'équipotentialité, complétée par des parafoudres ou par des éclateurs (éclateur de mât d'antenne par exemple).



de minimiser les effets induits et indirects par la mise en œuvre de parafoudres et ou de filtres. Deux systèmes de protection sont utilisés pour supprimer ou limiter les surtensions : ils sont désignés comme système de protection du bâtiment (à l’extérieur des bâtiments) et système de protection de l’installation électrique (à l’intérieur des bâtiments).

I.9.3.2 Système de protection du bâtiment Le rôle du système de protection du bâtiment est de le protéger contre les coups de foudres directs. Le système est composé : [3]

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

du dispositif de capture : le paratonnerre,



des conducteurs de descente destinés à écouler le courant de foudre vers la terre,



des prises de terre en patte d’oie reliées entre elles,



des liaisons entre toutes les masses métalliques (réseau d’équipotentialité) et les prises de terre.

En effet, lors de l'écoulement du courant de foudre dans un conducteur, si des différences de potentiel apparaissent entre celui-ci et les masses reliées à la terre qui se trouvent à proximité, celles-ci peuvent entraîner des amorçages destructeurs. I.9.3.3 Système de protection de l’installation électrique L’objectif principal du système de protection de l’installation électrique est de limiter les surtensions à des valeurs acceptables pour les équipements. Le système de protection de l’installation électrique est composé : 

d’un ou de plusieurs parafoudres selon la configuration du bâtiment,



du réseau d’équipotentialité : maillage métallique des masses et éléments conducteurs. [3]

I.9.3.4 Le Parafoudre Le parafoudre est un composant du système de protection de l’installation électrique. Ce dispositif est connecté en parallèle sur le circuit d’alimentation des récepteurs qu’il doit protéger. Il peut aussi être utilisé à tous les niveaux du réseau d’alimentation. C’est le type de protection contre les surtensions le plus utilisé et le plus efficient. Le parafoudre est généralement placé entre un conducteur et la terre, et parfois, entre conducteurs actifs. Les deux cas sont représentés en figure I.13. Sous une tension normale, le parafoudre se comporte pratiquement comme une résistance infinie et le courant qui le traverse est nul ou négligeable (courant de fuite). Par contre, à l’apparition d’une surtension, dès que la tension aux bornes du parafoudre dépasse une certaine limite, le parafoudre devient conducteur, laissant

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s’écouler un courant, ce qui limite la tension à ses bornes et protège ainsi l’installation et les récepteurs. Pour chaque cas d’utilisation, le parafoudre est choisi principalement en fonction des paramètres suivants : - la surtension admissible par les appareils à protéger, - l’intensité du courant que le parafoudre devra supporter pendant la durée de la surtension.

Figure I. 13: Utilisation des parafoudres

Conclusion Dans ce chapitre nous avons rappelé les grands principes qui régissent la protection dans le double souci de la sécurité des personnes et des biens des installations électriques et la prise en compte des risques qui passe par leur recherche systématique et par leur identification. Et des normes, elles sont conçues pour les règles de conception et de réalisation des installations électriques basses tensions, en vue d’assurer leur bon fonctionnement .C’est en fonction de cette norme que seront choisis les dispositifs destinés à répondre aux exigences principales qui sont : 

Protection des biens ;



Protection des personnes.

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CHAPITRE II : METHODOLOGIE DU DIMENSIONNEMENT D’UNE INSTALLATION ELECTRIQUE BT

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Introduction Une installation électrique est un ensemble cohérent d’appareillage, câbles, circuits et récepteurs, le dimensionnement d’une installation électrique consiste à faire le choix optimal des sections de câbles et des protections pour garantir un fonctionnement normal des équipements sans dégradation ou échauffement. Sa réalisation passe par plusieurs étapes qui aboutiront à la fourniture d’un dossier technique comprenant : 

Le schéma d’implantation ;



Le bilan de puissance ;



Le schéma des coffrets ;



Les sections des câbles ;

Nous allons dans ce chapitre détailler ces différentes étapes. II. Dimensionnement d’une installation électrique II.1 Schéma d’implantation Le schéma d’implantation consiste à faire les plans de cheminement des circuits d’éclairage, de prises, de climatisation, de chauffage, de télévision… en respectant un certain nombre de de règles édictées par la norme. En voici quelques : 

Pour l’éclairage, un départ peut alimenter au maximum 8 points lumineux et la section du câble doit être 3*1.5 mm2.



Pour les prises, un départ peut alimenter au maximum 5 prises et la section du câble doit 3*1.5 mm2.



Pour la climatisation et chauffe-eau, un départ ne peut alimenter qu’un appareil et la section du câble doit être 3*2.5 mm2.

Ce travail a été fait avec Autocad, qui est un logiciel de dessin avec une bibliothèque de symboles électrique.

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A partir du plan fourni par l’architecte, on implante les différents appareils et on fait le cheminement de câble, en donnant à chaque départ un nom et un numéro.

Figure II. 1: Exemple de schéma d'implantation

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II.2 Bilan des puissances de l’installation II.2.1 Objectifs Le bilan de puissance a pour objectif :  De fournir une base de données pour le dimensionnement de chaque circuit de l’installation ;  De fournir une valeur globale de la puissance à partir de laquelle peut être spécifiée le système de distribution ;  De calculer les courants d’emplois, de choisir le calibre de protection et les sections minimales des canalisations. [1]

II.2.2 Description des facteurs d’optimisation Facteur de simultanéité Ks Le facteur de simultanéité traduit le fait qu’un ensemble de récepteur alimenté par un même départ ne fonctionne en même temps. Il s’applique à un groupement de récepteurs. [1] La valeur de ce facteur dépend, d’une part, de la nature des appareils, et d’autre part, des conditions d’exploitation de l’installation et des conditions d’utilisation des différents appareils d’une installation. La détermination correcte des paramètres impose une bonne connaissance de l’installation, et des méthodes de travail. La norme donne les valeurs suivantes :  Pour un tableau à plusieurs départs : Tableau II. 1: Valeur de facteur de simultanéité pour un tableau de distribution Nombre de circuit 2à3 4à5 6à9 10 et plus

Facteur de simultanéité (Ks) 0,9 0,8 0,7 0,6

 Pour un immeuble d’habitation ou des lotissements.

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Tableau II. 2: Facteur de simultanéité pour l'habitat

Nombre d’abonnés 2à4

Facteur de simultanéité (Ks) 1

5à9

0.78

10 à 14

0.63

15 à19

0.53

20 à 24

0.49

25 à 29

0.46

30 à 34

0.44

35 à 39

0.42

40 à 49

0.41

50 et plus

0.38

 Pour l’utilisation des appareils. Tableau II. 3: Coefficient de simultanéité en fonction d'utilisation Utilisation Moteur Chauffage et éclairage Prise de courant Conditionnement d’air

Facteur de simultanéité (Ks) 0.8 1 0,1 à 0,4 1

Facteur d’utilisation Ku Il traduit le fait que le régime de fonctionnement d’un récepteur peut être inférieur à sa puissance nominale. Il s’applique individuellement à chaque récepteur. [1] L’application de ce coefficient nécessite la connaissance parfaite du fonctionnement du ou des récepteurs. Tableau II. 4: Valeur de Ku pour quelques récepteurs Récepteurs Force motrice Chauffage Ventilation

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Facteur d’utilisation (Ku) 0,75 à 1 1 1

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Eclairage Prise de courant

1 1

Facteur d’extension Ke Il permet de prendre en compte les éventuelles extensions de l’installation. En absence d’indication, la valeur de 1,2 peut être prise correspondante à une extension de 20 % .[1] II.2.3 Définition de certaines puissances  Puissance installée La puissance installée (Pinst) est la somme arithmétique des puissances nominales de l’ensemble des récepteurs de l’installation.

Pinst =Ʃ Pn (III.1) Pn : puissance nominale en watt, elle est donnée par la documentation des équipements.  Puissance absorbée La puissance absorbée par un

récepteur est déterminée à partir de sa

puissance nominale, de son facteur de puissance et de son rendement. P a=

Pn ɳ cosφ

(III.2)

Pa : Puissance absorbée en watt Pn : Puissance nominale en watt ɳ : Rendement en %  Puissance d’utilisation La puissance d’utilisation (Pu) est la somme des puissances absorbées, valorisées par le facteur d’utilisation (Ku). Tous les récepteurs ne sont pas utilisés forcement à pleine puissance. D’autre part tous les récepteurs ne sont pas utilisés simultanément. On obtient alors : Pu=K u × P a Pu : Puissance d’utilisation en watt

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(III.3)

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Ku : Facteur d’utilisation Pa : Puissance absorbée  Puissance foisonnée La puissance foisonnée d’une distribution est la somme des puissances d’utilisation valorisées par les facteurs d’utilisation et de simultanéité. Pf =K s × Pu =Pa × K U × K S

(III.4)

II.2.4 Inventaires des récepteurs Il s’agit de recenser les différents récepteurs avec leur puissance, de les classer suivant leur type ou leur localisation en vue d’établir un bilan de puissance. [2] Le tableau II.5 donne l’exemple qu’on a utilisé pour faire le bilan de puissance. Tableau II. 5: Désignation de l'installation Désignation

P

Total Ku Pu

Ks1

Pf1

Ks2

Pf2

Pa

Q

(Pt)

Eclairages L1 L2 Ln Prises P1 P2 Pn Climatisation C1 C2 Cn L1………Ln : Sont les départs éclairages de l’installation

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S

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P1………Pn : Sont les départs prises de l’installation C1………Cn : Sont les départs de climatisations de l’installation. Il nous faut donc calculer les différentes puissances qui figurent dans le tableau cidessus. D’où le tableau III.6 présente les différentes formules des puissances nécessaires à notre installation. Tableau II. 6: Méthode de calcul des puissances P active

Q réactive

Pt × K u × K s

√ S −P

2

S apparente Pa cosφ

2 a

Pt =Pu × Q P active Totale

Q réactive Totale

S apparente Totale

∑ P active

∑ Q reactive

√P

Pu Ku× ∑ Pt

2 T

+QT 2

Pf1 K s 1 ×∑ Pu

Pf2 K s 2 ×∑ P f 1

Avec Pt : Puissance totale des récepteurs Q : Quantité Pf : Puissance foisonnée II.3 Détermination de la section des conducteurs et câbles Dans un projet de dimensionnement d’une installation électrique la détermination des sections des conducteurs s’avère nécessaire. Les conducteurs étant destinés à assurer la libre circulation des courants nécessaires au bon fonctionnement des différents récepteurs, il convient d’envisager un choix judicieux répondant aux différentes normes en vigueur.

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II.3.1 Méthodologie de calcul de la section Une installation doit satisfaire à toutes les contraintes de fonctionnement. Son étude consiste à déterminer précisément les canalisations et leurs protections électriques en commençant à l’origine de l’installation pour aboutir aux circuits terminaux. Chaque ensemble canalisation et sa protection doit répondre simultanément à plusieurs conditions qui assurent la sûreté de l’installation :  Véhiculer le courant d’emploi permanent et ses pointes transitoires normales;  Ne pas engendrer de chutes de tension susceptibles de nuire au fonctionnement de certains récepteurs par exemple : démarrage moteur; En outre, la protection disjoncteur ou fusible doit :  Protéger la canalisation pour toutes les surintensités ;  Assurer la protection des personnes contre les contacts indirects. II.3.1.1 Dimensionnement des câbles II.3.1.1.2 Détermination de la section du conducteur de phase Le calcul de la section passe par les étapes suivantes : Détermination du courant d’emploi Le courant maximal d'emploi IB est défini selon la nature de l'installation alimentée par la canalisation :  Pour les circuits terminaux, c’est le courant qui correspond à la puissance apparente des récepteurs ;  Pour les circuits de distribution, c’est le courant correspondant à la puissance d’utilisation, laquelle tient compte des coefficients de simultanéité et d’utilisation. Courants admissibles IZ C'est le courant maximal que la canalisation peut véhiculer en permanence sans préjudice pour sa durée de vie. Il est lié au courant d’emploi IB par la relation : IZ≥IB

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(III.5)

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Ce courant dépend, pour une section donnée, de plusieurs paramètres :  Constitution du câble et de la canalisation ;  Température ambiante ;  Mode de pose ;  Influence des circuits de voisins. Le courant IZ sera calculé à partir du courant IB et de différents coefficient pour tenir compte des éléments énoncés précédemment (modes de poses, température, nombre de conducteurs). On obtient donc : IB IK Avec : K= K 1 × K 2 × K 3

(III.6)

I Z=

(III.7)

K1 : coefficient dépendant du mode de poses K2 : coefficient dépendant de l’influence des circuits voisins K3 : coefficient dépendant de la température. Ensuite, nous déterminons la section des câbles à partir de la valeur de IZ. Choix des coefficients Avant de connaitre les coefficients nécessaires pour le calcul du courant admissible, il faut d’abord déterminer la lettre de sélection qui dépend du conducteur utilisé et de son mode de pose. Détermination de la section minimale La connaissance de IZ permet alors de se reporter aux tableaux de détermination des courants admissibles qui permet de déterminer la section nécessaire en mm2. NB : Ces coefficients et les tableaux de choix de sections sont à l’annexe. II.3.1.1.3 Détermination de la section du conducteur du neutre

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Le conducteur neutre est un câble actif. De ce fait, le conducteur neutre d’un circuit peut être porté à un potentiel dangereux même si les conducteurs de phase sont ouverts-sectionnés. Pour des raisons sécuritaires, il est recommandé de sectionner le conducteur neutre en même temps que les conducteurs de phase. Dans les circuits triphasés de section supérieure à 16 mm² en cuivre et 25 mm² en aluminium, la section du neutre peut être réduite jusqu’à Sph/2. Toutefois cette réduction n’est pas autorisée si :  Les charges ne sont pas pratiquement équilibrées ;  Le taux de courant harmonique de rang 3 est supérieur

à 15% du

fondamental. II.3.1.1.4 Détermination de la section du conducteur de protection Les conducteurs de protection (symbole PE), ou conducteurs PE, assurent les liaisons équipotentielles (interconnexion) entre toutes les masses des équipements d’une installation pour réaliser un réseau équipotentiel de protection. Les conducteurs PE assurent l’écoulement des courants de défaut à la terre dus à une rupture d’isolement entre une partie sous tension et une masse. Les conducteurs PE sont raccordés à la borne principale de terre de l’installation. Les conducteurs PE doivent être :  repérés par la double coloration vert-et-jaune lorsqu’ils sont isolés,  protégés contre les risques mécaniques et chimiques. Par ailleurs, en schémas IT et TN, il est fortement recommandé de faire cheminer le conducteur de protection dans les mêmes canalisations que les conducteurs actifs du circuit correspondant. Cette disposition garantit une valeur minimale de la réactance de la boucle de défaut à la terre. Le tableau II.7 indique les valeurs de la section d’un conducteur PE en fonction de la section des conducteurs de phase. Tableau II. 7: Section du conducteur de protection Section des conducteurs de phase Sph Section du conducteur PE (mm2) (mm2) Sph ¿ 16 16 < Sph ≤ 25 Sph ¿ 16

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Sph 16 Sph /2

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II.4 Détermination de la chute de tension L’impédance d’un câble est faible mais non nulle : lorsqu’il est traversé par le courant de service, il y a une chute de tension entre son origine et son extrémité. Il est donc nécessaire de limiter les chutes de tension en ligne par un dimensionnement correct des câbles d’alimentation. Cette chute de tension peut être déterminée par calcul ou directement à l’aide de tableau II.4.1 Détermination de la chute de tension par le calcul Le tableau ci-après donne les formules usuelles qui permettent de calculer la chute de tension dans un circuit donné: Tableau II. 8: Formules usuelles de calculs de la chute de tension

Type de circuit

Chute de tension Valeur absolue en Volt

Monophasé

∆ U =2 × I B × L( Rcosφ+ Xsinφ )

∆U=

(phase- neutre) Monophasé

∆ U ×100 V

∆ U =2 × I B × L( Rcosφ+ Xsinφ )

∆U=

∆ U ×100 Un

∆U=

∆ U ×100 Un

Valeur relative en %

(phase- phase) Triphasé équilibré: trois ∆ U =√ 3 × I B × L( Rcosφ+ Xsinφ) phases (avec ou sans neutre) V : Tension simple en Volt (V) U : Tension entre phase en Volt (V) L : Longueur du câble en Kilomètre (Km) IB : Courant d’emploi en Ampère (A) R : Résistance linéique

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R=

ρ S

(III.5)

ρ: Résistivité des conducteurs (22.5 Ω.mm²/Km pour le cuivre, 36 Ω.mm²/Km pour l’aluminium). X : Réactance linéique en Ω/Km. X est négligeable pour des conducteurs de section inferieure à 50mm2. En absence d’indications, X=0.08Ω/Km. S : Section des conducteurs (mm²). Cos φ : Facteur de puissance. En absence d’indications précises, cos(φ)= 0.8 (donc sin(φ)=0.6). II.4.2 Limite maximale de la chute de tension La limite maximale de la chute de tension varie d'un pays à un autre. Les valeurs typiques pour des installations BT sont données dans le tableau II.9. La norme NF C 15-100 impose que la chute de tension entre l'origine de l'installation BT et tout point d'utilisation n'excède pas les valeurs de ce même tableau. Tableau II. 9: Limite maximale de la chute de tension Type d'installations

Eclairage

Autres

usages

(force motrice) Alimentation réseau

par

BT

le 3%

5%

de

distribution publique Alimentation par poste 6%

8%

privé MT/BT II.5 Schéma des coffrets

II.5.1 Architecture Un coffret électrique se présente souvent sous cette forme 

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Figure II. 2: Architecture du coffret

 Le disjoncteur magnétothermique protège le circuit contre les courts circuits et les surcharges. Il n’agit que si les disjoncteurs modulaires n’arrivent pas seuls à éliminer le défaut (sélectivité totale).  L’interrupteur différentiel protège le circuit contre les défauts d’isolement.  Le disjoncteur modulaire protège le circuit contre les courts circuits et les surcharges. III.5.2 Normes applicables Le tableau suivant donne les exigences de la norme : Tableau II. 10: Exigence de la norme Circuits

Calibre

Sensibilité

Calibre

Nombres de

interrupteur

interrupteur

modulaire

circuits

différentiel

différentiel

protégés par le modulaire

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Eclairage Prise de

25A 25A

30mA 30mA

10A 16A

8 8

courant Climatisatio

40A

30mA

20A

6

n

Conclusion Le dimensionnement est un facteur primordial pour choisir une solution énergétique ; Ceci dans le but de connaitre de façon précise les éléments aptes à fonctionner dans notre installation. Cette procédure de dimensionnement nous a permis de déterminer le courant admissible et le coefficient d’influence afin de faire le choix de la section des conducteurs à utiliser pour notre installation.

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CHAPITRE III : APPLICATION AU DIMENSIONNEMENT D’UN IMMEUBLE A USAGE DE BUREAU

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III.1 Présentation de mon projet Notre projet est basé sur l’élaboration du dossier technique pour un immeuble R+3. Ce dernier est constitué de trois étages, un RDC (Rez de chaussée) et une terrasse. III.2 But du projet Notre but est de : Fournir les plans d’implantation pour : 

Les prises normales ;



L’éclairage ;



La climatisation.

Fournir les plans des coffrets normaux et secourus: 

Coffret RDC



Coffret terrasse



Coffret 1er étage



Coffret 2ème étage



Coffret 3ème étage

Fournir un bilan de puissance pour calculer la taille de l’alimentation sans interruption (ASI), du groupe électrogène, le calibre des disjoncteurs principaux des coffrets et les sections de leur câble d’alimentation. III.3 Outils utilisés Pour notre travail, nous avons fait recours à trois logiciels :  XL pro, qui est un logiciel de calcul d’installation électrique basse tension et de conception de coffrets électriques, garantissant la conformité avec la norme,  AUTOCAD, pour faire les schémas d’implantation. Il permet de faire aussi des projections et donc de représenter un objet 3D sous forme de plan,  Et enfin EXCEL pour faire le bilan des puissances. DIDILOU ANTOINE GERESSE

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III.4 Architecture de l’installation

Figure III. 1: Architecture de l'installation

III.5 Plans d’implantation Nous avons pu réaliser les plans d’éclairage, de prises et de climatisation avec le logiciel Autocad. Voici comme exemple le plan d’éclairage du RDC (Rez de chaussée) ci-dessous. 

Exemple Schéma d’implantation d’éclairage du RDC

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Figure III. 2: Plan d'éclairage

NB : Pour le reste des schémas d’implantation voir annexe I. III.6 Exemple de bilan de puissance du coffret RDC Voici en exemple le tableau qui nous donne le bilan de puissance du coffret RDC. Le reste des tableaux sera donné dans l’annexe IV.

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Tableau III.1: Résultat du bilan de puissance du RDC Designation Eclairage L1

L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 Prises normales PC1

Types

Quantité

RDC P unitaire P totale

Ku

Applique decorative

1

12

12

1

Spots de sol, étanche à ebcastrer Bloc d'éclairage autonome de sécurité Reglette 1,20 m étanche Applique decorative Hublot étanche Plafonnier fluorescente à grille dim 60*60 Bloc d'éclairage autonome de sécurité Plafonnier fluorescente à grille dim 60*60 Bloc d'éclairage autonome de sécurité Applique decorative Bloc d'éclairage autonome de sécurité Hublot étanche Reglette 1,20 m étanche Linolithe Plafonnier fluorescente à grille dim 60*60 Hublot étanche Bloc d'éclairage autonome de sécurité Reglette 1,20 m étanche Plafonnier fluorescente à grille dim 60*60 Plafonnier fluorescente à grille dim 60*60 Spots étanche à encastrer Spots de sol, étanche à encastrer Spots étanche à encastrer Hublot étanche

4 2 1 2 1 5 1 6 1 4 1 4 1 2 6 1 2 3 3 2 8 6 6 6

10 4 36 12 12 40 4 40 4 12 4 12 36 30 40 12 4 36 40 40 7 10 7 12

40 8 36 24 12 200 4 240 4 48 4 48 36 60 240 12 8 108 120 80 56 60 42 72

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Prise de courant 2P+T Prise de courant 2P-16A+T étanche Prise de courant 2P+T Prise de courant

4 5 1 14

200 200 200 200

800 1000 200 2800

1 1 1 1

Split 1,5 CV

12

1104

13248

1

Split cassette 3,5 CV

5

2576

12880

1

PC2 PC Climatisation C C.C

Pu

Ks1

Pf1

1574

1

1574

4800

26128

Ks2

Pf2

0,9

30259,8

Cosφ S apparente (VA)

0,8

0,4 1920

1

Depart secouru

26128 4000 Ke Puissance réelle (VA) Ib tri (A) In (A) K1 K2 K3 Iz Iz' choisi Section

Designation Coffret secouru RDC Prises PT1 PT2 PT3 PT.Gab

37824,00

Types

Quantité

P unitaire

P totale

Ku

Pu

Ks1

Pf1

Prise ondulée Prise ondulée Prise ondulée Prise ondulée

6 4 4 2

200 200 200 200

1200 800 800 400

1 1 1 1

3200

1

3200

1,2 45388,80 65,00 80,00 1 0,82 1 97 100 16 mm2

Cosφ S apparente (VA)

0,8

4000

Ke 1,2 Puissance réelle (VA) 4800,00 Ib mono (A) 20,00 In (A) 25,00 K1 1 K2 0,82 K3 1 Iz 30 Iz' choisi 31 2,5 mm2 Section

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 Méthodologie du choix de la section proposé par le tableau Après avoir fait le bilan électrique, on calcule les sections des conducteurs de notre installation pour le bon fonctionnement de notre installation. Le tableau IV.3 nous donne les valeurs des sections de chaque coffret. En choisissant le mode de pose : tablette horizontale perforé, et température ambiante 30 0. Tableau III. 2: Calcul de la section IB

IZ

S(mm ¿¿ 2) ¿

P réelle U

Ib K

La section est choisie dans le tableau grâce au courant admissible trouvé

Exemple du coffret RDC Le câble étant triphasé, avec un courant d’emploi de 65 A, (In=80A)

de

caractéristiques : 

Chemin de câble perforé sur les tablettes horizontales ;



Ame en cuivre ;



Isolant PR (polyéthylène réticulé) ;



Température ambiante 30 0C ;



Calcul de Iz

Iz=

Ib K

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(III.1)

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Or K= K 1 × k 2 × k 3

(III.2)

D’après les données, les chemins des câbles sont perforés, la lettre de sélection est donc E par rapport au Tableau 1.1 de la lettre de sélection à l’annexe VI, K 1= 1 car le mode de pose ne correspond pas au Tableau 1.2 à l’annexe VI, K 2= 0.82 pour les tablettes horizontales perforés, K3= 1 car la température est de 300C et l’isolant est de PR. K= 1*0.82*1= 0.82 ;

Iz=

80 0,82

(III.3)

S = 16 mm2

Iz =97 A (Iz choisi=100A)

Connaissant Iz, on utilise le tableau des courants admissibles donnés en annexe VI, en parcourant la colonne sélectionnée, on cherche la valeur de l’intensité admissible égale ou immédiatement supérieure à l’intensité d’emploi IB, a noté que les conducteurs sont en cuivre ou en aluminium. Notre section du conducteur se situe dans la colonne de gauche sur la ligne correspondante au courant admissible. Dans notre cas, on prendra une valeur supérieure à 76 A qui est 100 d’où notre section sera 16 mm2. Tableau III. 3: Valeur de la section de chaque coffret Coffret

Puissance(W)

IB(A)

Iz(A)

Section (mm2)

TGBT

56096.08

202

304

120

RDC

30259,8

65

97

16

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1er étage

21601,8

46

60

10

2ème étage

17170,2

37

48

6

3ème étage

23926,05

51

76

16

Terrasse

469.8

12

3

1,5

III.7 : Tableau général du résultat de l’installation Tableau III. 4: Récapitulatif de la section des conducteurs et du calibre des disjoncteurs Désignation

Calibre

Nombre des pôles

général

Section

câble

d’alimentation

TGBT

250

4

120 mm2

RDC

80

4

16 mm2

1er étage

50

4

10 mm2

2ème étage

40

4

6 mm2

3ème étage

63

4

16 mm2

Terrasse

10

2

1,5mm2

III.8 : Exemple du schéma de coffret du Terrasse Nous présentons ci-dessous un exemple du schéma de coffret de la Terrasse, pour les autres coffrets voir annexes V. Pour les départs lampes, on a utilisé, un interrupteur différentiel de type 2P (de calibre 25A et de sensibilité 30mA), des disjoncteurs modulaires de type 1P+N (de calibre 10A), et des câbles de section 1,5mm2.

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Pour les départs des prises de courant normal, on a utilisé un interrupteur différentiel de type 2P (de calibre 25A et de sensibilité 30mA), des disjoncteurs modulaire de type 1P+N (d’intensité 16A), et des câbles de section 2,5mm2.

Figure III. 3: Schéma de coffret du Terrasse

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Conclusion L’ensemble des travaux présents dans ce mémoire a permis en général de faire le dimensionnement d’une installation électrique BT d’un immeuble. A cet effet, il a été donné les principaux points de la norme à respecter en vue d’assurer leur bon fonctionnement et la protection des biens et des personnes, puis nous avons donné de manière assez exhaustive les moyens de protections des installations électriques. Ensuite nous avons fait les schémas d’implantation qui consiste donc à faire les plans de cheminement des circuits d’éclairages, des prises et de climatisation, et avons procédé au dimensionnement de notre installation en dimensionnement les différents câbles de notre installation en commençant par les câbles de phases et celui du neutre ; après cela, nous avons étudié notre cas en procédant au calcul du bilan de puissance de chaque coffret en calculant le courant d’emploi, le courant admissible, la section des conducteurs et la puissance totale de l’installation et faire les schémas des coffrets en tenant compte des dispositifs de protection nécessaire, après cela, nous avons fait un bilan de puissance afin de connaitre la puissance maximale que devra fournir le concessionnaire. Enfin l’étude d’une installation électrique basse tension doit être conduite dans le souci permanent d’une bonne adaptation aux besoins de l’utilisateur final et compte tenu de la contrainte essentielle du respect du budget. L’élaboration du budget nécessite de faire un quantitatif du matériel et le devis financier ; deux points qui pourront être étudiés dans le cadre de la poursuite de ce travail.

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BIBLIOGRAPHIE [1] : Monsieur THIOYE, cours analyse des systèmes électriques LP2 EEFC, année 2016-2017 IPG-ISTI. [2] : Nadhie Christiane MOUKILA KIZIMOU, mémoire de fin cycle pour l’obtention de la licence professionnelle, Méthodologie du dimensionnement d’une installation électrique : application à un immeuble R+5 à usage d’habitation. [3] : Guide de l’installation électrique, Schneider (2010), disponible sur www.schneider.com. [4] : Guide puissance, Legrand (2007), disponible sur www.legrand.com. [5] : Monsieur DIA, cours schémas électriques LP2 EEFC, année 2016-2017 IPGISTI. [6] : Guide pédagogique Legrand /en conformité avec la NFC 15-100 du 31/05/03, disponible sur www.legrand.com.

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Annexe I : Schémas des plans d’éclairage

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Annexe II : Schémas des plans des circuits prise de courant

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Annexe III : Schémas des plans climatisations

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Annexe IV : Bilan des puissances de tous les coffrets

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Annexe V : Schémas des coffrets

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Annexe VI.

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