Partie 1 Installations Electriques Ch2 Appareillage [PDF]

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Chapitre 2 Généralité sur l’appareillage électrique chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 1 - Installations Électriques

I- Conception des réseaux électriques L'électricité est un agent énergétique lié à la puissance. Selon la tension d'exploitation, on distingue les réseaux suivants :  THT

:

225 ou 400 kV

 HT

:

50 à 150 kV (63 ou 150 kV)

 MT

:

1 à 30 kV (20 ou 22 kV)

 BT

:

50 V à 1 kV (230 ou 400 V)

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 2 - Installations Électriques

I- Conception des réseaux électriques

Transport, répartition et distribution de l’énergie électrique chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 3 - Installations Électriques

I- Conception des réseaux électriques

DOMAINES DE TENSION Décret n° 88-1056 chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 4 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-1 : Les normes d’installations :  NF C 15-100 : Installations électriques BT  NF C 14-100 : Installations de branchement de 1ère catégorie (BT).  NF C 13-100 : Postes de livraisons HT/BT raccordés à un réseau de 2ème catégorie (HTA).

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 5 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-1 : Les normes d’installations :  NF C 13-101 : Poste semi enterré préfabriqué. (sous enveloppe)  NF C 13-102 : Poste simplifié préfabriqué. (sous enveloppe)  NF C 13-103 : Poste sur poteaux.  NF C 13-200 : Installations HTA. chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 6 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-2 : Les normes de construction de l’appareillage : Exemples :  Contacteurs et démarreurs :  NF C 63 110,  CEI 947.4.

 Interrupteurs sectionneurs :  NF C 63 130,  CEI 947.3.

 Disjoncteurs :  NFC 61 410,  EN 60 898,  NF C 63 120,  CEI 942.2.

 Appareils et éléments de commutation pour circuits de commande :  CEI 947.5.1.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 7 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-3 NORMES MAROCAINES INSTALLATIONS ELECTRIQUES NM 06.1.X NM 06.1.002 -1976 Matériel pour réseaux à courant alternatif à haute tension Coordination des isolements - Règles (NMOblig.) -30p.

NM 06.1.004-2001 68p.

Installations d’éclairage public – Règles –

NM 06.1.005-2000 Installations électriques des bâtiments – Règles pour les installations et emplacements spéciaux Installations d’éclairage extérieur -05p.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 8 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-3 NORMES MAROCAINES INSTALLATIONS ELECTRIQUES NM 06.1.039-2006 Installations pour la production et l'utilisation des rayons X - Règles générales ; NM 06.1.100-2003 Installations électriques à basse tension – Généralités 21p. NM 06.1.101-2003 Installations électriques à basse tension – Définitions 33p.

NM 06.1.102-2003 Installations électriques à basse tension - Détermination des caractéristiques générales des installations -41p. NM 06.1.103-2003 Installations électriques à basse tension – Protection pour assurer la sécurité - 115p. chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 9 - Installations Électriques

II- La législation et les règles de l’art II-3 NORMES MAROCAINES INSTALLATIONS ELECTRIQUES NM 06.1.104-2003 Installations électriques à basse tension – Choix et mise en oeuvre des matériels -198p. NM 06.1.105-2003 Installations électriques à basse tension – Vérification et entretien des installations -21p.

NM 06.1.106-2003 Installations électriques à basse tension - Règles pour les installations et emplacements spéciaux -126p. NM 06.1.154-2006 Fusibles basse tension – Règles générales ;72p

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 10 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 1- Sectionneur :

Un sectionneur est un appareil destiné à ouvrir et à fermer un circuit à vide. Le sectionneur n’est pas destiné à couper en charge, son rôle est d’établir une coupure visible du circuit.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 11 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage :

2- Interrupteur :

C’est un appareil qui permet la fermeture et l’ouverture d’un circuit en charge. Ses contacts sont dimensionnés pour couper le courant nominal de l’installation. L’interrupteur peut être fermé sur des courts-circuits donc il doit avoir le pouvoir de fermeture nécessaire.

Interrupteur-Fusible chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 12 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 3- Contacteurs :

Le contacteur est un appareil qui commande électromagnétiquement l’ouverture et la fermeture d’un circuit en charge, grâce à la bobine de commande. si la bobine est alimentée (excitée) les contacts principaux se ferment. si la bobine est hors tension (désexcitée) les contacts principaux s’ouvrent.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 13 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 3-1- Contacteur principal :

 Bobine de commande  Contacts principaux  Contacts auxiliaires

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 14 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 3-2- Contacteur auxiliaire :

 Bobine de commande  Contacts auxiliaires

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 15 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 3-3- Contacteurs avec verrouillage mécanique :

C’est un ensemble de deux contacteurs accouplés mécaniquement qui ne peuvent être enclenchés simultanément.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 16 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-1- Matériel de couplage : 4- Télérupteurs

Les télérupteurs sont utilisés pour la commande à distance par BP, des récepteurs. Ils réalisent l’ouverture et la fermeture, maintenues mécaniquement, de circuits commandés à distance par impulsions.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 17 - Installations Électriques

III- Fonction de l'appareillage électrique III-2- Matériel de protection :

Pour assurer un fonctionnement correct des installations il est indispensable de les protéger contre les surintensités : les surcharges et les courts-circuits. Surcharges: I = 1,5 à 3 In sans dépasser 10 In Courts-circuits: I > 10 In

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 18 - Installations Électriques

1- Relais thermique : FONCTIONNEMENT:

L’élément de base est la bilame qui se dilate sous l'effet joule.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 19 - Installations Électriques

1- Relais thermique : Cette déformation actionne un mécanisme de déclenchement qui :

ouvre le contact 95-96

ouverture sur le contacteur

ferme le contact 97-98

signalisation

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 20 - Installations Électriques

1- Relais thermique : CARACTERISTIQUE :

Sa caractéristique temps/courant de déclenchement est une : caractéristique à temps inverse.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 21 - Installations Électriques

1- Relais thermique : REPRESENTATION :

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 22 - Installations Électriques

2- Coupe circuit fusible: Les fusibles sont des organes de protection qui coupent le circuit par la fusion d’un ou de plusieurs conducteurs.

Représentation

Fusible à cartouches cylindriques

Fusible à cartouche à couteaux

Deux types de fusibles sont à envisager : chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 23 - Installations Électriques

2- Coupe circuit fusible: 1/ Les fusibles types gL, gG ou gF (usage général) - destinés à protéger les circuits contre les surcharges et les courts-circuits. - Le courant de fonctionnement minimal If est définie par : * 2.1 In pour In < 4 A * 1.9 In pour 4 ≤ In < 16 A * 1.6 In pour In ≥16A

- Plus rapides que les fusibles aM chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 24 - Installations Électriques

2- Coupe circuit fusible:

Courbes caractéristiques des fusibles gL (constructeur LEGRAND) chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 25 - Installations Électriques

2- Coupe circuit fusible: 2/ fusible type aM (accompagnement moteur) - destiné à protéger les moteurs contre les courtscircuits et les fortes surintensités. - Ils doivent être accompagnés des relais thermiques pour la protection contre les surcharges - Ils doivent supporter la pointe de démarrage du moteur. - Le courant de fonctionnement minimal If est définie par : * 5.2 In pour In < 4 A * 4.7 In pour 4 ≤ In < 16 A * 4 In pour In ≥16A

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 26 - Installations Électriques

2- Coupe circuit fusible:

Courbes caractéristiques des fusibles aM (constructeur LEGRAND) chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 27 - Installations Électriques

3- Disjoncteur: Un disjoncteur est un interrupteur perfectionné normalement maintenu fermé par un verrouillage. Un disjoncteur est capable d’interrompre un circuit quelque soit le courant qui le traverse jusqu’à son pouvoir de coupure ultime : Icu exprimé en kA (norme CEI.947-2). Un disjoncteur protège l’installation : - contre les surcharges (action du déclencheur thermique) - contre les courts-circuits (action du déclencheur magnétique) chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 28 - Installations Électriques

3- Disjoncteur: Représentation du disjoncteur :

Disjoncteur (représentation générale)

Disjoncteur magnétothermique

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 29 - Installations Électriques

3- Disjoncteur: Courbes de déclenchements :

Elle représente la variation du temps de déclenchement du disjoncteur en fonction du rapport I/In (I = intensité réelle traversant le disjoncteur ; In = calibre du disjoncteur)

Thermique

magnétique

Plusieurs types de courbes de déclenchements dont on cite: chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 30 - Installations Électriques

Déclencheurs magnéto-thermiques fixes Courbe B Protection des générateurs, des personnes et grandes longueurs de câbles (en régime TN et IT)

Surcharge : thermiques standard. Court-circuit : magnétiques fixes courbe B (Im entre 3 et 5 In ou 3,2 et 4,8 In selon les appareils).

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 31 - Installations Électriques

Déclencheurs magnéto-thermiques fixes Courbe C Protection des câbles alimentant des récepteurs classiques

Surcharge : thermiques standard. Court-circuit : magnétiques fixes courbe C (Im entre 5 et 10 In ou 7 et 10 In selon les appareils).

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 32 - Installations Électriques

Déclencheurs magnéto-thermiques fixes Courbe D Protection des câbles alimentant des récepteurs à fort courant d’appel

Surcharge : thermiques standard. Court-circuit : magnétiques fixes courbe D (Im entre 10 et 14 In).

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 33 - Installations Électriques

4- Disjoncteur différentiel Un circuit principal constitué de deux bobines identiques bobinées en sens inverse N1 et N2, un circuit secondaire constitué d'une bobine N3 ramassant le flux résultant et un électro-aimant assurant le déclenchement du disjoncteur. Si les deux bobines N1 et N2 sont traversées par le même courant, alors il se crée un flux nul dans l'enroulement N3 chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 34 - Installations Électriques

4- Disjoncteur différentiel

Par contre dès qu'un défaut d'isolement aura lieu, il se crée alors un flux résultant non nul qui permet d'actionner le déclencheur.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 35 - Installations Électriques

4- Disjoncteur différentiel

Représentation

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 36 - Installations Électriques

III-3- Matériel de commande :

Les auxiliaires de commande servent à commuter ou à mettre en ou hors service les appareils à actionner - Les contacts auxiliaires des appareils

- Les boutons poussoirs tout type - Les boutons “coup de poing” pour l’arrêt d’urgence. - Les boutons rotatifs - Les fins de courses chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 37 - Installations Électriques

III-3- Matériel de commande :

Boutonpoussoir Contact "F"

Bouton tournant 2 positions fixes Contact "F"

Boutonpoussoir Contact "O"

Coup de poing" impulsion Contact "F"

Bouton tournant à deux directions avec position médiane d’ouverture

"Coup de poing" Arrêt d’urgence : Pousser-tirer Contact "O"

Fin de courses 2 contacts "F" et "O"

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 38 - Installations Électriques

III-4- Relais temporisés :

Les relais temporisés sont des appareils de commande qui servent pour retarder pendant un temps choisi par l’opérateur la transmission des ordres reçus. Le mécanisme de temporisation varie d’un modèle à un autre. On distingue les relais temporisés mécaniques, pneumatiques ou électroniques.

Les relais peuvent être temporisés à l’enclenchement (à l’action), au déclenchement (au repos) ou à l’enclenchement et au déclenchement. chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 39 - Installations Électriques

Relais temporisés à l’action : Bobine excitée Bobine désexcitée

Retarder les ordres

exécution

exécution

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 40 - Installations Électriques

Relais temporisés au relâchement : Bobine excitée

exécution

Bobine désexcitée

Retarder les ordres

exécution

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 41 - Installations Électriques

VI- Schémas électriques 1. Symboles graphiques :

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 42 - Installations Électriques

VI- Schémas électriques 1. Symboles graphiques :

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 43 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Bobines : Les marques des bornes d’une bobine sont toujours alphanumériques.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 44 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Contacts auxiliaires : Chiffre des unités = fonction Fonction d’ouverture :

Fonction de fermeture

.1-.2

.3-.4

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 45 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Contacts auxiliaires : Chiffre des unités = fonction Chiffres pour fonctions spéciales (p.ex. : temporisation, relais thermique)

Fonction d’ouverture : .5-.6

Fonction de fermeture .7-.8

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 46 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Contacts auxiliaires : Chiffre de dizaine = Numéro d’ordre

Les bornes situées sur le même contact d’un élément de commutation doivent être identifiées par le même numéro d’ordre

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 47 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Contacts auxiliaires : Exemple :

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 48 - Installations Électriques

2. Marquage des bornes Résumé des normes relatives pour marquage des bornes au sein des contacteurs :

Contacts principaux : Le marquage des bornes des contacts principaux (contacteurs, relais thermique, interrupteur …) est formé d’un nombre à un seul chiffre.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 49 - Installations Électriques

3. Établissement des schémas électriques 1- Introduction : Le schéma est une représentation graphique fonctionnelle d’un montage. Il indique la façon dont chaque élément doit être raccordé pour pouvoir effectuer une fonction très déterminée. En général, on distingue trois genres de schémas : - Le schéma développé - Le schéma de câblage - Le schéma simplifié.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 50 - Installations Électriques

3. Établissement des schémas électriques 2- schéma développé : Ce schéma sert à représenter de façon claire et précise le déroulement du processus de commande, sans tenir compte de l’emplacement réel du matériel. Les circuits de puissance et de commande sont représentés en vertical et séparés.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 51 - Installations Électriques

3. Établissement des schémas électriques 2- schéma développé :

a- circuit de puissance

b- circuit de commande

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 52 - Installations Électriques

3. Établissement des schémas électriques 3- schéma unifilaire : Ce genre de schéma n’est utilisé que si sa compréhension et sa clarté n’ont pas diminué Deux conducteurs

Trois conducteurs Quatre conducteurs p. ex. L1/L2/L3/N

Cinq conducteurs p. ex. L1/L2/L3/N/PE chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 53 - Installations Électriques

3. Établissement des schémas électriques 3- schéma unifilaire :

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 54 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques : V-I- Commande directe d’un moteur:

Sectionnement

Protection contre les courts-circuits Commande Protection contre les surcharges chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 55 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques :

V-I-2- schémas de commande : 1- Commande par contact permanent:

Etablir le circuit de commande en prévoyant: - La protection contre les surcharges, - Les différentes signalisations (H1 : marche, H0 : arrêt et H2 : défaut thermique). chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 56 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques :

V-I-2- schémas de commande :

KM

21

13

22

14

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 57 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques : 2- Commande par Bouton Poussoir :  Marche à coup:

Appui sur S1

 marche du moteur

et Relâchement de S1  arrêt du moteur. chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 58 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques :  Marche à coup:

13 14

KM

21

13

22

14

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 59 - Installations Électriques

V- Commande des moteurs électriques :  Marche continue (normale):

S0

Appui sur S1

 marche du moteur

Relâchement de S1

 moteur reste en marche

Appui sur S0

 arrêt du moteur.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 60 - Installations Électriques

 Marche continue (normale):

marche prédominante :

21

S0 13 14

KM

22

13

21

14

22

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 61 - Installations Électriques

 Marche continue (normale):

arrêt prédominant :

21

S0

22 13 14

KM

13

21

14

22

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 62 - Installations Électriques

V-II- Démarreur Inverseur : Il permet l’inversion de sens de rotation d’un moteur. Pour inverser le sens de rotation d’un moteur triphasé, il faut permuter 2 phases d’alimentation du circuit du moteur.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 63 - Installations Électriques

V-II- Démarreur Inverseur : Pour réaliser l’inversion automatique il faut utiliser un contacteur à verrouillage mécanique. On les trouve dans la commande des ascenseurs, des fraiseuses, ………etc.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 64 - Installations Électriques

V-II- Démarreur Inverseur : Inversion en passant obligatoirement par S0:

S0

21 22 13 14

K1

21

K2 22

13

13

14

14

S2

K2

21

K1 22

13 14

21

K1

22 21

K2

22

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 65 - Installations Électriques

V-II- Démarreur Inverseur : Inversion sans passer obligatoirement par S0:

S0

21 22 13 14

S2

K1

13

13

14

14

K2

21

21

K2 22

K1 22

21

13 14

K1

22

K2 21 22

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 66 - Installations Électriques

V-III- Comportement du moteur au démarrage : Au démarrage un moteur asynchrone est équivalent à une inductance.

Id = U / Z Id apparaît donc important et peut provoquer des chutes de tension conduisant à un mauvais fonctionnement des récepteurs et même un mauvais démarrage du moteur.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 67 - Installations Électriques

V-III- Comportement du moteur au démarrage :

1- Démarrage direct: C’est un démarrage en un seul temps et le stator est couplé directement au réseau. Id= 4 à 8 In d = 1,5 à 2 n. selon la puissance des moteurs. Le démarrage direct permet donc de démarrer le moteur en pleine charge à condition que le réseau puisse fournir la pointe de courant de démarrage.

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 68 - Installations Électriques

V-III- Comportement du moteur au démarrage :

1- Démarrage direct:

 Circuit de puissance:

 Caractéristique

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 69 - Installations Électriques

V-III- Comportement du moteur au démarrage : 2-Démarrage étoile - triangle: Ce démarrage ne peut être conçu qu’aux moteurs dont les deux extrémités des enroulements statoriques sont sorties sur la plaque à bornes et dont la tension du couplage triangle correspond à la tension du réseau.

Plaques à bornes

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 70 - Installations Électriques

2-Démarrage étoile - triangle:

Couplage triangle   

Couplage étoile   

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 71 - Installations Électriques

2-Démarrage étoile - triangle: On a : U' 

U 3

et

I' d 

U' U  Z 3Z

U D’autre part on a : Id  3 I 2 et I 2  Z 3U  Id  Z

D’où I’d/Id = 1/3 Le couple est réduit proportionnellement au carré de la tension  ’d /  d = (U’/U)² = 1/3

machines démarrant à vide ou à faible couple résistant. chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 72 - Installations Électriques

2-Démarrage étoile - triangle:

Circuit de puissance

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 73 - Installations Électriques

2-Démarrage étoile - triangle:

Caractéristique

Remarque : Pour les moteurs de grande puissance, il faut marquer un temps d’arrêt avant de commuter au couplage triangle. Ce temps est de l’ordre de 25 à 50 ms (temps nécessaire pour l’extinction de l’arc électrique entre les pôles du contacteur étoile) chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 74 - Installations Électriques

2-Démarrage étoile - triangle:

Circuit de commande

S0

S1

K1

K1 K1

K

Ky

chap.2: Généralité sur l’appareillage électrique - 75 - Installations Électriques