Licence Appliqu e en G nie lectrique Tronc commun L1 Semestre 2 Ann e Universitaire 2012-2013 Unit dEnseignement Installation lectrique II ECUE Distribution et Protection lectrique R alis par : Khaled Rejeb (Iset de Bizerte) Manel Khaterchi (Iset de Bizerte) Copyright c(cid:13) 2013 ISET BIZERTE
Juin 2013
Unit dEnseignement Installation lectrique II ECUE Distribution et Protection lectrique Licence Appliqu e en G nie lectrique Tronc commun L2 Semestre 2 Manel KHATERCHI Khaled REJEB Iset de Bizerte Juin 2013 Distribution et Protection lectrique Cet l ment constitutif est destin aux tudiants de lISET en G nie lectrique : Parcours : Tronc commun Niveau : L2 Semestre 2 Objectifs g n raux : Cet l ment constitutif fait partie de lUnit dEnseignement Installation lectrique II qui vise familiariser les tudiants avec les proc d s de distribution et les appareillages associ s, plus particuli rement : tudier les caract ristiques des syst mes triphas s quilibr s. tudier et dimensionner des installations lectriques en Basse Tension. Objectifs sp cifiques : A la fin de ce module, l tudiant doit tre capable de : Faire des mesures sur un syst me de distribution lectrique, en particulier de type triphas , Savoir faire le dimensionnement des installations lectriques en BT. Choisir la section dun conducteur Justifier le choix des caract ristiques dun disjoncteur Savoir manipuler les normes et les guides des constructeurs. Pr s-requis : Les syst mes monophas s Lecture des sch mas lectriques unifilaires Table des mati res
1
1.1
1.2
Les syst mes triphas s quilibr s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Rappel : Les syst mes monophas s
Les syst mes triphas s quilibr s
7
7
1.2.1 D nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Avantages par rapport au monophas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Repr sentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
tude des tensions simples
8
Repr sentation graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Repr sentation complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Repr sentation de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
tude des tensions compos es
10
Repr sentation de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Repr sentation graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Relation entre U et V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5
Les r cepteurs triphas s quilibr s
12
1.5.1 D nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.2 Couplage toile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.3 Couplage triangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6
1.6.1
1.6.2
1.7
1.7.1
1.7.2
2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
Mesure de la puissance
16
Ligne quatre ls (neutre accessible) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Ligne trois ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Rel vement du facteur de puissance en triphas
17
Batterie de condensateurs coupl en triangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Batterie de condensateurs coupl en toile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Distribution basse tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Structure des installations Basse Tension (BT)
Caract ristiques des installations BT
19
19
La puissance dutilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Les facteurs de correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Exemple de calcul de la puissance dutilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3
Choix de la puissance nominale du transformateur
22
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
23
Les appareillages dans les installations BT
Le sectionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
La commande des circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
La protection lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Le disjoncteur
24
2.5
2.5.1
Les diff rents types des disjoncteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5.2 Disjoncteur magn to-thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.3 Courbe de d clenchement
Pouvoir de coupure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.4
Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.5
S lectivit
29
2.6
2.6.1 Diff rents types de s lectivit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Utilisation des tableaux de s lectivit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.2
3
Dimensionnement dune installation BT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1
M thodologie de dimensionnement dune installation lectrique
33
Section des canalisations
34
3.2
3.2.1 D nitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.2 D termination pratique de la section minimale dune canalisation . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3
D termination de la chute de tension
38
Limite maximale de la chute de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.1
3.3.2 Calcul de la chute de tension en ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.3
Choix de la protection
39
3.4
3.4.1 Calcul du courant de court-circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.2 Choix de la protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Utilisation de la m thode de composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.3
4
Travaux Dirig s avec correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
1 Les syst mes triphas s quilibr s
1.1 Rappel : Les syst mes monophas s
En monophas , le r cepteur est un dip le Z (r sistif, inductif ou capacitif). Une des bornes est
reli e au neutre (borne -) et lautre la phase (borne +) :
FIGURE 1.1 Syst me monophas
La courbe de tension a pour expression : u(t) = Umsin( t + 0)
avec :
u(t) : valeur instantan ee
Um : amplitude maximale
t + 0 : phase instantan ee(rd)
0 : dephasage par rapport `a l(cid:48)origine
: pulsation(rd/s)
On d nit :
La p riode du signal T, exprim e en seconde (s) : T =
La fr quence f, exprim e en Hertz (Hz) avec : f =
1
T
1.2 Les syst mes triphas s quilibr s
1.2.1 D nition
2
.
2
=
Denition 1.1 Un syst me triphas quilibr est un ensemble de trois grandeurs sinuso dales,
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de m me nature, de m me fr quence, de m me amplitude et d phas es entre elle de
2
3
.
Les syst mes triphas s quilibr s
1.2.2 Avantages par rapport au monophas
Les machines triphas es ont des puissances de plus de 50 fois sup rieures aux machines
monophas es de m me masse et donc leurs prix sont moins lev s (le prix est directement
proportionnel la masse de la machine).
Lors du transport de l nergie, les pertes sont moindres en triphas .
1.2.3 Repr sentation
La distribution se fait a partir de quatre bornes :
Trois bornes de phase rep r es par 1, 2, 3 ou A, B, C ou R, S, T ;
Une borne neutre N.
FIGURE 1.2 Syst me triphas
1.3 tude des tensions simples
Les tensions simples sont les tensions entre phase et neutre.
FIGURE 1.3 Tensions simples
1.3.1 Repr sentation graphique
FIGURE 1.4 Repr sentation graphique des tensions simples
8
M.Khaterchi-K.Rejeb
1.3 tude des tensions simples
de
Les trois sinuso des peuvent tre trac es dans un m me rep re. Elles sont d phas es entre elle
2
3
Elles ont la m me valeur efcace V. La valeur maximale est donc gale (Vm = V
, o T est la p riode du signal) lune par rapport lautre.
(ou
T
3
2).
Les quations horaires de chaque syst me sont donn es par :
v1(t) = V
v2(t) = V
v3(t) = V
2sin( t)
2sin( t
2sin( t
2
3
4
3
)
)
1.3.2 Repr sentation complexe
Les trois grandeurs sinuso dales peuvent tre associ es des grandeurs complexes, ce qui
donne :
V 1 = V
V 2 = V
V 3 = V
si on pose a = ej 2
3 donc a3 = 1
alors, on peut crire :
2
2ej 2
2ej 4
3
3
V 1 = V
2
V 2 = a2V
2
V 3 = aV
2
= (cid:126)V1 + (cid:126)V2 + (cid:126)V3 = (cid:126)0
donc pour un syst me triphas quilibr , la somme des tensions simples est gale 0.
Si cette somme est diff rente de z ro, alors le syst me triphas nest pas quilibr .
1.3.3 Repr sentation de Fresnel
On peut distinguer deux types de syst mes : direct et inverse. Un syst me triphas est dit
direct si un observateur xe voit les vecteurs d l s devant lui dans lordre 1, 2, 3. Les vecteurs de
tensions simples ont les coordonn es suivantes :
FIGURE 1.5 (a) Syst me direct (b)Syst me inverse
M.Khaterchi-K.Rejeb
9
Les syst mes triphas s quilibr s
1.4 tude des tensions compos es
Les tensions compos es sont les tenions entre deux phases.
FIGURE 1.6 Tensions compos es (Ph-Ph)
Elles ont la m me fr quence que les tensions simples. Elles peuvent tre exprim es en fonction
des tensons simples par :
u12 = v1 v2
u23 = v2 v3
u31 = v3 v1
1.4.1 Repr sentation de Fresnel
Nous avons report sur la gure 1.7 le diagramme de Fresnel des tensions simples et compos es
d livr es par un syst me triphas quilibr direct.
Les coordonn es des vecteurs tensions compos es sont donn es comme suit :
FIGURE 1.7 Diagramme de Fresnel des tenions compos es
Les tensions compos es constituent un syst me de tensions triphas es si et uniquement si le
par rapport aux
syst me de tensions simples est un syst me quilibr . Elles sont en avance de
6
tensions simples. La somme des trois tensions compos es est toujours nulle.
Dans le cas de distributions quilibr es, on a : U12 = U23 = U31 , avec U : valeur efcace de la
(cid:126)U12 + (cid:126)U23 + (cid:126)U31 = 0
tension compos e.
10
M.Khaterchi-K.Rejeb
1.4.2 Repr sentation graphique
Les quations horaires des tensions compos es s crivent :
1.4 tude des tensions compos es
u12(t) = U
u23(t) = U
u31(t) = U
2sin( t
2sin( t
2sin( t
)
6
)
2
7
6
)
FIGURE 1.8 Repr sentation graphique des tensions compos es
1.4.3 Relation entre U et V
On peut exprimer la valeur efcace de la tension compos e U en fonction de la valeur efcace
de la tension simple V travers la relation :
U = 2V cos(30) U = 2V
Donc
3
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2
3V
U =
FIGURE 1.9 Relation graphique en tre V et U
Cette relation est toujours vraie quelque soit la charge.
R
Pour d crire un r seau triphas :
Si deux tensions sont mentionn es, ce sont les valeurs efcaces V et U, de la tension simple
v(t), et de la tension compos e u(t). Exemple : R seau 230/400 V
M.Khaterchi-K.Rejeb
11
Les syst mes triphas s quilibr s
Si une seule tension est indiqu e, il sagit de la valeur efcace U de la tension compos e
u(t).
1.5 Les r cepteurs triphas s quilibr s
1.5.1 D nition
Denition 1.2 Un r cepteur triphas est constitu de trois dip les aussi appel s enroulements
ou phases. Si ces trois dip les ont la m me imp dance, le r cepteur est dit quilibr .
Les courants de ligne ou courants compos s sont not s I. Les courants qui traversent les l ments
r cepteurs sont appel s courants de phase ou courants simples et sont not s J.
FIGURE 1.10 Lignes et R cepteurs
Les r cepteurs peuvent tre li s aux lignes de deux fa ons diff rentes : par couplage en toile
ou triangle.
1.5.2 Couplage toile
Symbole :
a - Montage :
Dans le couplage toile, les l ments sont li s selon le montage suivant :
FIGURE 1.11 Sch ma du couplage toile
b - Relations entre les grandeurs :
Chaque branche est soumise la tension simple V(t) et parcourue par le courant i(t), courant de
ligne.
Pour un syst me quilibr , les imp dances sont gales, de ce fait :
Donc le courant dans le l de neutre est gale : in = 0. Do , il nest pas n cessaire.
Dans le montage toile, les courants de ligne sont gaux aux courants de phase.
i1 + i2 + i3 = 0
12
M.Khaterchi-K.Rejeb
1.5 Les r cepteurs triphas s quilibr s
Vu que la charge et le r seau sont quilibr s, donc les valeurs efcaces sont gales.
i1 = j1; i2 = j2; i3 = j3
c - Puissances :
I1 = I2 = I3 = I = J
R
Th or mes de Boucherot :
Les puissances active et r active absorb es par un groupement de dip les sont respectivement
gales la somme des puissances actives et r actives absorb es par chaque l ment du
groupement.
P = P1 + P2 + P3 et Q = Q1 + Q2 + Q3
Pour un r cepteur quilibr
P1 = P2 = P3 et Q1 = Q2 = Q3
= P = 3P1
et Q = 3Q1
- Puissance active dans un couplage toile :
Pour une phase de r cepteur : P1 = V Icos avec est le d phasage dun courant en ligne par
rapport la tension simple correspondante ((cid:126)I, (cid:126)V ).
Pour le r cepteur complet : P = 3P1 = 3V Icos , or V =
donc
P =
3U Icos
U
3
FIGURE 1.12 Repr sentation de Fresnel pour le couplage toile
- Puissance r active :
De la m me fa on, on montre que :
- Puissance apparente :
Q =
3U Isin
3U I
S =
Le facteur de puissance (crit re d valuation qualit dune transmission lectrique) :
k =
P
S
= cos( )
M.Khaterchi-K.Rejeb
13
Les syst mes triphas s quilibr s
- Pertes par effet joule :
Leffet joule est la dissipation d nergie lectrique sous forme de chaleur dans les parties r sistives
du r cepteur :
Pour une phase de r cepteur : Pj1 = rI 2
Entre deux bornes, la r sistance vue est gale R = 2r
Donc pour un r cepteur complet : Pj = 3Pj1
Pj = 3 rI 2 =
RI 2
3
2
1.5.3 Couplage triangle
Symbole :
a - Montage :
Dans le couplage triangle, les l ments sont li s selon le montage suivant :
FIGURE 1.13 Sch mas du couplage triangle
b - Relations entre les grandeurs :
Chaque branche est soumise la tension compos e U(t) et parcourue par le courant j(t), courant
de phase. Ce courant nexiste que pour ce type de couplage.
Pour un syst me quilibr , les imp dances sont gales, de ce fait :
Les courants de phase sont li s aux courants de ligne par les lois des nSuds aux bornes 1, 2, 3 :
i1 + i2 + i3 = 0 et j12 + j23 + j31 = 0
i1(t) = j12(t) j31(t)
i2(t) = j23(t) j12(t)
i3(t) = j31(t) j23(t)
Le syst me triphas est quilibr : I1 = I2 = I3 = I et J12 = J23 = J31 = J
Le diagramme de Fresnel montre que les courants de ligne forment un syst me triphas quilibr
direct, et les courants de phase sont en avance de
sur les courant de ligne, la relation entre les
I
3
intensit s efcaces I et J est donn e par : J =
6
R
Les d phasages pour les deux montages toile et triangle sont les m mes. Il sagit du d phasage
provoqu par le dip le Z du montage.
( (cid:126)J, (cid:126)U ) = Y ((cid:126)I, (cid:126)V )
c - Puissances :
- Puissance active dans un couplage triangle :
Pour une phase de r cepteur : P1 = U Jcos( ) avec est le d phasage dun courant de phase par
14
M.Khaterchi-K.Rejeb
1.5 Les r cepteurs triphas s quilibr s
rapport la tension compos e correspondante ( (cid:126)J, (cid:126)U ).
Pour le r cepteur complet : P = 3P1 = 3U Jcos( ), on a J =
donc
I
3
P =
3U Icos
FIGURE 1.14 Diagramme de Fresnel pour un couplage triangle
- Puissance r active :
De la m me fa on, on montre que :
- La puissance apparente :
Le facteur de puissance :
Q =
3U Isin
3U I
S =
k =
P
S
= cos( )
- Pertes par effet joule :
Si on ne consid re que les parties r sistives du r cepteur :
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Pour une phase de r cepteur : Pj1 = rJ 2
Entre deux bornes, la r sistance vue est gale R = 2r
Donc pour un r cepteur complet : Pj = 3Pj1
Pj = 3 rJ 2 =
RI 2
3
2
(cid:4) Exemple 1.1 Couplage dun moteur triphas
Pour un r seau STEG de 400V, comment est branch un moteur triphas 230/400 V ?
M.Khaterchi-K.Rejeb
15
Les syst mes triphas s quilibr s
R seau 230/400 V, moteur 230/400 V
Couplage toile car la plus petites des tensions correspond la tension maximum support e
par un enroulement.
(cid:4)
1.6 Mesure de la puissance
Le wattm tre permet de mesurer la puissance active P en monophas ou triphas . Il poss de au
moins quatre bornes : deux bornes pour mesurer la tension et deux bornes pour mesurer le courant.
Il y a donc deux branchements r aliser : un branchement en parall le (comme un voltm tre)
pour mesurer la tension et un branchement en s rie pour mesurer le courant. Le wattm tre tient
compte du d phasage.
FIGURE 1.15 Wattm tre
Quelque soit le couplage du r cepteur, il est toujours possible sur un r seau triphas de mesurer la
tension compos e U ainsi que le courant en ligne I. (On ne peut mesurer la tension simple V que si
le neutre est sorti, de m me quon ne peut mesurer le courant entre phase J que si on a acc s aux
l ments du r cepteur triphas ).
1.6.1 Ligne quatre ls (neutre accessible)
En r gime quilibr , un seul wattm tre suft pour mesurer la puissance active, il se place entre
nimporte quelle phase et le neutre.
Pour conna tre la puissance totale P consomm e par le r cepteur, il suft de multiplier par 3 la
valeur indiqu e par le wattm tre. Donc, P = 3.P1 o P1 est la puissance mesur e par le wattm tre.
1.6.2 Ligne trois ls
Dans les cas les plus fr quents, lorsque le l du neutre nest pas sorti, une m thode plus
performante est utilis e, elle n cessite deux wattm tres do son nom, m thode des deux wattm tres.
Elle permet de calculer facilement la puissance active, ainsi que la puissance r active consomm e
par une charge quilibr e, et ceci quelque soit son couplage.
Le wattm tre WA mesure la puissance P1, le wattm tre WB mesure la puissance P2. La
puissance active P absorb e par le r cepteur se calcule partir des informations indiqu es par les
wattm tres, en utilisant la relation suivante :
P = P1 + P2
16
M.Khaterchi-K.Rejeb
1.7 Rel vement du facteur de puissance en triphas
FIGURE 1.16 Mesure de la puissance
FIGURE 1.17 M thode de deux wattm tres
La puissance r active Q absorb e par le moteur se calcule partir des informations des wattm tres,
en utilisant la relation suivante :
Q =
3(P1 P2)
1.7 Rel vement du facteur de puissance en triphas
Lorsque le facteur de puissance k est inf rieur 0.93, ce facteur sera consid r comme mauvais
facteur de puissance (il faut payer des taxes). Pour relever le facteur de puissance de k k (il doit
sapprocher de 1), il faut placer une batterie de condensateurs C en t te de linstallation.
1.7.1 Batterie de condensateurs coupl en triangle
Chaque condensateur est soumis la tension compos e : U
Sa puissance active est nulle et il absorbe une puissance r active : QC1 = C U 2
Puissance r active absorb e par les trois condensateurs : Qc = 3QC1 = 3C U 2
Et celle absorb e par lensemble charge + batterie : Q(cid:48) = Q + Qc = P.tg( (cid:48))
On d termine la capacit C dun condensateur en utilisant la relation ci-dessous :
Qc = Q(cid:48) Q = P.tg( (cid:48)) P.tg( )
do :
M.Khaterchi-K.Rejeb
17
Les syst mes triphas s quilibr s
FIGURE 1.18 Couplage triangle des condensateurs
C =
P.tg( ) P.tg( (cid:48))
3 U 2
1.7.2 Batterie de condensateurs coupl en toile
FIGURE 1.19 Couplage toile des condensateurs
En utilisant le m me raisonnement que pr c demment, on montre que la capacit du conden-
sateur est donn e par la relation :
C =
P.tg( ) P.tg( (cid:48))
U 2
Le couplage en toile est moins int ressant puisque la capacit des condensateurs n cessaires
est trois fois plus grande que pour le couplage en triangle. Plus la capacit est grande, plus le
condensateur est volumineux et on reux.
18
M.Khaterchi-K.Rejeb
2 Distribution basse tension
Une installation lectrique Basse Tension (B.T) est r gie par des textes class s en deux cat go-
ries :
les textes r glementaires (d crets ou arr t s) relatifs la protection des travailleurs dans les
tablissements qui mettent en Suvre des courants lectriques.
les textes normatifs (r gles de conception) : norme NFC-15-100.
Pour concevoir une installation, il faut avoir toutes les informations sur les r cepteurs alimenter :
leur mode de fonctionnement (normal, d marrages fr quents),
leur localisation dans le plan,
leurs puissances install es, utilis es et pr voir.
2.1 Structure des installations Basse Tension (BT)
Les installations sont pr sent es sous la forme dun sch ma unilaire, un sch ma lectrique
g n ral permettant de repr senter les principaux quipements lectriques et leurs interconnexions.
Larchitecture BT est compos e de trois niveaux, Figure 2.1 :
Distribution principale :
Niveau amont de larchitecture, depuis le raccordement au r seau public jusquaux quipements
de r partition de la BT sur le site (Tableau G n ral Basse Tension TGBT).
Distribution secondaire :
Niveau interm diaire de larchitecture, en aval du niveau principal jusquaux tableaux division-
naires (r partition spatiale et fonctionnelle de l nergie lectrique dans les circuits).
Distribution terminale :
Niveau aval de larchitecture, en aval des tableaux divisionnaires, jusquaux charges.
2.2 Caract ristiques des installations BT
An de concevoir une installation, il est n cessaire destimer le plus justement possible la
puissance maximale que devra fournir le distributeur d nergie. Lestimation de cette puissance
n cessite d valuer quelques facteurs prenant en compte :
la diversit : les r cepteurs ne fonctionnent pas tous simultan ment pour un groupe donn ,
le niveau dutilisation r el des r cepteurs install s : un r cepteur nest pas utilis g n ralement
sa pleine charge,
les extensions de charges possibles.
Distribution basse tension
FIGURE 2.1 Structure dune distribution BT
2.2.1 La puissance dutilisation
Pour caract riser une installation lectrique, on d nit les puissances suivantes :
Denition 2.1 Puissance install e (kW). La puissance install e est la somme des puissances
nominales de tous les r cepteurs de linstallation. Lindication de la puissance nominale (Pn)
est marqu e sur la plupart des appareils et quipements lectriques.
En pratique, la puissance nominale nest pas toujours la puissance r ellement consomm e par le
r cepteur.
Par exemple, dans le cas dun moteur lectrique, la puissance nominale correspond la puissance de
sortie sur son arbre, ou puissance utile Pu. La puissance absorb e est videmment plus importante.
Denition 2.2 Puissance absorb e Sa (kVA). La puissance apparente absorb e par une
charge est obtenue partir de sa puissance nominale Pn.
Elle est donn e par la formule suivante :
Sa =
Pn
cos( )
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2.2 Caract ristiques des installations BT
: rendement
o :
=
P sortie
P entr ee
cos( ) : facteur de puissance
De fait que les r cepteurs ne fonctionnent pas tous ni en m me temps ni pleine charge :
des facteurs de correction permettant de pond rer la puissance apparente maximale r ellement
absorb e par chaque r cepteur et groupes de r cepteurs.
Denition 2.3 Puissance dutilisation Su (kVA). La puissance dutilisation Su est la somme
arithm tique de ces puissances apparentes valoris es. Elle repr sente une donn e signicative
pour la souscription dun contrat de fourniture en nergie lectrique partir dun r seau
publique BT ou HTA et pour le dimensionnement du transformateur HTA/BT).
2.2.2 Les facteurs de correction
Facteur dutilisation maximale (ku)
Le r gime de fonctionnement normal dun r cepteur peut tre tel que sa puissance utilis e soit
inf rieure sa puissance nominale install e, do la notion de facteur dutilisation.
Le facteur dutilisation sapplique individuellement chaque r cepteur. Ceci se v rie pour des
quipements comportant des moteurs susceptibles de fonctionner en dessous de leur pleine charge.
Dans une installation industrielle, ce facteur peut tre estim en moyenne 0.75 pour les moteurs.
Pour l clairage et le chauffage, il sera toujours gal 1.
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Facteur de simultan it (ks)
Tous les r cepteurs install s ne fonctionnent pas simultan ment. Cest pourquoi il est permis
dappliquer aux diff rents ensembles de r cepteurs (ou de circuits) des facteurs de simultan it .
Le facteur de simultan it sapplique chaque regroupement de r cepteurs (exemple au niveau
dun tableau terminal, dun tableau divisionnaire, dune armoire...).
La d termination de ces facteurs de simultan it implique la connaissance d taill e de linstallation
et de ses conditions dexploitation. Des valeurs pr cises applicables tous les cas ne peuvent donc
pas tre pr cis es.
2.2.3 Exemple de calcul de la puissance dutilisation
(cid:4) Exemple 2.1 On consid re linstallation suivante. Cette installation est constitu e de deux
ateliers :
- Le 1er atelier contient deux fours de 15 kVA chacun, leur facteur de simultan it est de 0.8, et
20 tubes uos qui absorbent 2 kVA.
- Le 2`eme atelier contient deux moteurs de 5 kVA chacun, utilis s 80% de leur pleine charge,
leur facteur de simultan it est de 0.75, 10 tubes uos absorbent 1 kVA et 5 prises de courant
alimentant des charges diverses de puissance totale 18 kVA, de facteur de simultan it gale
0.2.
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Distribution basse tension
Le tableau suivant r sume lestimation de la valeur de la puissance dutilisation tous les
niveaux de linstallation, partir des charges jusquau point dalimentation :
Dans cet exemple, pour une somme de puissances absorb es de 61 kVA correspond une
puissance dutilisation aux bornes du transformateur de 26.35 kVA seulement.
(cid:4)
2.3 Choix de la puissance nominale du transformateur
Quand une installation doit tre aliment e par un transformateur HTA/BT et que la puissance
dutilisation de linstallation a t d termin e, un dimensionnement appropri du transformateur
peut tre d termin en tenant compte :
des possibilit s dam lioration du facteur de puissance de linstallation,
des extensions pr visibles de linstallation,
des contraintes dinstallation (temp rature...),
et des puissances nominales existantes.
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2.4 Les appareillages dans les installations BT
Le transformateur est choisi de sorte que sa puissance nominale soit sup rieure la puissance
dutilisation
Sn e Su
Le tableau de la gure 2.2 pr sente les diff rentes puissances apparentes normalis es des transfor-
mateurs HTA/BT triphas s et les intensit s nominales correspondantes :
FIGURE 2.2 Puissances normalis es des transformateurs HTA/BT
2.4 Les appareillages dans les installations BT
Le r le de lappareillage lectrique est dassurer la protection lectrique, le sectionnement et la
commande des circuits.
2.4.1 Le sectionnement
Les quipements de sectionnement ont pour but de s parer et disoler un circuit ou un appareil
du reste de linstallation lectrique an de garantir la s curit des personnes ayant intervenir sur
linstallation lectrique pour entretien ou r paration.
La norme NF C 15-100 462-1 impose que tout circuit lectrique dune installation puisse
tre sectionn . Dans la pratique, an dassurer une continuit de service optimale, on installe
g n ralement un dispositif de sectionnement lorigine de chaque circuit.
Exemple : sectionneur, interrupteur, ...
2.4.2 La commande des circuits
On regroupe g n ralement sous le terme commande toutes les fonctions qui permettent
lexploitant dintervenir volontairement des niveaux diff rents de linstallation sur des circuits en
charge.
Leur but est dassurer en service normal la mise en et hors tension de toute ou partie de linstallation,
elle est situ e au minimum lorigine de toute installation ou au niveau des r cepteurs.
Exemple : interrupteur, t l rupteur, arr t durgence, ...
2.4.3 La protection lectrique
Cest la protection :
des biens contre les surintensit s dues aux surcharges ou aux courants de court-circuit
cons cutifs. Ces protections, en g n ral assur es par des disjoncteurs, fusibles ou relais
thermiques, qui doivent tre install es lorigine de chaque circuit.
des personnes contre les d fauts disolement. Selon le sch ma de liaison la terre, la
protection sera r alis e par disjoncteurs, dispositifs diff rentiels ou contr leur disolement.
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Distribution basse tension
2.5 Le disjoncteur
Un disjoncteur est un appareil m canique de connexion capable d tablir, de supporter et
dinterrompre un courant dans un circuit lectrique.
Son r le est dassurer une coupure automatique r armable en effectuant deux fonctions :
la protection contre les surcharges et les court-circuits (fonctionnement disjoncteur),
la commande (fonctionnement sectionnement).
Les disjoncteurs sont aujourdhui reconnus dans le monde entier comme le moyen le plus efcace
pour assurer la protection des personnes et des biens contre les risques lectriques en basse tension
(BT).
Leur choix et leur utilisation optimale n cessitent une bonne connaissance des r gles dinstallation
lectrique, notamment des sch mas des liaisons la terre, des technologies existantes et de leurs
performances.
Les disjoncteurs sont essentiellement destin s la protection des circuits, des transformateurs, des
sources d nergie, des couplages entre circuits diff rents, etc.
2.5.1 Les diff rents types des disjoncteurs
Les types des disjoncteurs d pendent de la nature du d clencheur utilis . Les d clencheurs
sont dune tr s grande diversit . On distingue :
Les d clencheurs magn to-thermiques
En condition de surcharge, cest latteinte dun chauffement signicatif dun courant d termin ,
(ou dune temp rature pour beaucoup dentre eux) qui provoque le d clenchement gr ce un
l ment thermo-m caniques, g n ralement un bilame.
En condition de court-circuit, partir dun certain seuil de courant, les d clenchements seront
assur s en instantan par un circuit magn tique qui actionne une palette ou un noyau.
Les d clencheurs lectroniques
Leur objectif consiste valuer le courant qui traverse les p les du disjoncteur pour agir en
cons quence sur un dispositif de d clenchement.
Leurs int r ts r sident dans la grande pr cision des seuils recherch s, les courbes de d clenchement
r glables selon lemploi et les possibilit s dinformation locale ou distance.
2.5.2 Disjoncteur magn to-thermique
Les disjoncteurs modulaires magn to-thermiques poss dent une d tection contre :
les surcharges, d tection thermique,
les courts-circuits, d tection magn tique.
La gure 2.3 pr sente la structure interne du disjoncteur magn to-thermique :
Ces dispositifs peuvent tre unipolaires, bipolaires, tripolaires ou t trapolaires. La norme NF C
15-100 impose que, dans toute installation lectrique, tous les conducteurs actifs (phase et neutre)
soient prot g s, command s et sectionn s.
Principe de fonctionnement
Thermique :
Une lame bim tallique (bilame) est parcourue par le courant. Le bilame est calibr de telle
mani re quavec un courant nominal In, elle ne subisse aucune d formation.
Par contre si des surcharges sont provoqu es par les r cepteurs, en fonction du temps, la lame va
se d former et entra ner louverture du contact en 0.1 sec au minimum.
Une surcharge de courant cr e l chauffement et la d formation du bilame.
Magn tique :
En service normal, le courant nominal circulant dans la bobine, na pas assez dinuence
magn tique (induction magn tique) pour pouvoir attirer larmature mobile x e sur le contact
mobile. Le circuit est ferm .
Si un d faut appara t dans le circuit aval du disjoncteur de canalisation, limp dance du circuit
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2.5 Le disjoncteur
FIGURE 2.3 Structure interne du disjoncteur magn to-thermique
diminue et le courant augmente jusqu atteindre la valeur du courant de court-circuit.
D s cet instant, le courant de court-circuit provoque une violente aimantation de larmature mobile.
Cela a comme cons quence douvrir le circuit aval du disjoncteur en 0.1 sec au maximum.
Symbole
La gure 2.4 pr sente le symbole dun disjoncteur magn to-thermique. G n ralement, on ne
repr sente pas les d clencheurs.
FIGURE 2.4 Symbole du disjoncteur magn to-thermique
Marquage dun disjoncteur
Un disjoncteur est caract ris essentiellement par son intensit nominale, sa tension nominale,
son nombre de p les, son pouvoir de coupure, le type de d clencheur utilis et sa courbe de
d clenchement.
Intensit assign e : cest la valeur de courant que le disjoncteur peut supporter ind niment
sans d clencher dans certaines conditions.
Polarit : Unipolaire, bipolaire, tripolaire ou t trapolaire.
Type de courbe : les normes internationales et fran aises d nissent diff rentes plages de
d clenchement magn tique. Voir 2.5.3
Pouvoir de coupure :voir 2.5.4
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Distribution basse tension
Tension assign e : tension sous laquelle le disjoncteur peut tre utilis .
Classe de limitation : cest laptitude dun disjoncteur ne laisser passer sur court-circuit,
quune faible partie du courant de d faut pr sum .
FIGURE 2.5 Exemple de marquage dun disjoncteur unipolaire 1Ph + N
2.5.3 Courbe de d clenchement
La courbe de fonctionnement du disjoncteur, ou courbe de d clenchement, est situ e dans une
zone d nie par la norme. En effet, la r action du disjoncteur vis- -vis des d fauts est class e en
deux zones :
Zone A : zone du fonctionnement du d clencheur thermique
Zone B : zone du fonctionneme...