Equilibrage des
phases en triphasé
Patrick Prin
Novembre 2015
Introduction et avant-propos
 Ce document a uniquement pour but d’aider les personnes
devant équilibrer les phases et don...
Qu’est-ce que le courant
triphasé
 Le courant triphasé se différencie du monophasé par le fait qu’il
est constitué de tro...
Différence entre monophasé et
triphasé
 Une installation de 12KW soit 20A en monophasé est très différente d’une
installa...
Les différents abonnements
EDF et prix au 1/8/2015
 Il y a un éventail de prix important entre les différents abonnements...
Quelle approche pour
l’équilibre des phases?
 Il y a différentes approches possibles pour équilibrer une installation
tri...
Une installation triphasée type
(exemple)
Disjoncteurs ou Interrupteurs différentiels
sectoriels 300ma
Disjoncteurs différ...
Une installation triphasée
type (exemple)
 Cette exemple montre une
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 Un abonnement de ...
Répartir la consommation
par phase
 Une fois cet inventaire réalisé, il faut établir un profil de consommation
maximale. ...
Contrôler la consommation
par phase
 Il peut être difficile de contrôler la consommation par phase, pour
vérifier l’équil...
Consommation ponctuellement
trop forte, que faire?
 Si la consommation dépasse ponctuellement la capacité du disjoncteur ...
Rôle du délesteur
 Il peut y avoir jusqu’à 4 voies ou circuits de sortie sur un délesteur. Ces voies sont
soient coupées ...
Principe de fonctionnement
 Le délesteur va mesurer la consommation en ampères dans un conducteur de
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Exemple 1: délestage monophasé
Disjoncteur de branchement
Délesteurs
monophasés
3 voies
Tore intégrés
Voie 1
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Exemple 2: délestage triphasé
Disjoncteur de branchement
Délesteur
triphasé
1 voie
Tore intégrés
Phase 1
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Exemple 3: délestage par teleinformation
Disjoncteur de branchement
Gestionnaire
d’énergie
pour compteur
triphasé
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Une alternative: Le passage en
monophasé
 La méthode la plus radicale lorsqu’on se trouve face à un mauvais
équilibrage d...
Changements nécessaires pour un
passage en monophasé
 Diamètre des conducteurs: il faut vérifier que la section des
condu...
Contrôle de l’équilibrage et
actions complémentaires
 L’équilibrage de phase doit être considéré comme un processus
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L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

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Ce document est une aide documentaire pour l'équilibrage de phase et l'optimisation de la facturation en installation électrique domestique triphasée

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L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

  1. 1. Equilibrage des phases en triphasé Patrick Prin Novembre 2015
  2. 2. Introduction et avant-propos  Ce document a uniquement pour but d’aider les personnes devant équilibrer les phases et donc optimiser leur consommation d’électricité dans une installation en triphasé. La raison de cette optimisation est qu’un dépassement de la puissance attribuée au disjoncteur de branchement EDF, entraine son déclenchement.  Il fait la synthèse d’une expérience pratique et de lectures d’ouvrages spécialisés en électricité et installations électriques.  Il ne prétend pas résoudre tous les problèmes liés à l’équilibrage de phases, mais peut être considéré comme une aide documentaire pour y parvenir.  Une alternative à l’équilibrage de phases peut-être de passer d’un abonnement triphasé à un abonnement monophasé, cela sera abordé brièvement dans ce document.  Une autre solution peut-être de demander une augmentation de puissance à l’EDF, mais elle ne doit être envisagée qu’en dernier recours et n’est la plupart du temps pas nécessaire.
  3. 3. Qu’est-ce que le courant triphasé  Le courant triphasé se différencie du monophasé par le fait qu’il est constitué de trois tensions sinusoïdale de même amplitude, et d’une boucle de retour en neutre, qui n’est pas toujours utilisée selon le type d’équipement (moteur triphasé sans neutre le plus souvent).  Ces trois tensions de 230 Volts chacune sont décalées entre elles d’un cent cinquantième de seconde (en France réseau en 50 Hz), et leur combinaison constitue un courant d’environ 400 Volts (soit 230V *√3). Il existait autrefois un réseau triphasé en 230 Volts, mais il a complètement disparu en France, même s’il subsiste encore dans certains pays.  Le courant triphasé n’a plus vraiment d’utilité excepté pour certaines machines nécessitant ce type d’alimentation, il est toujours présent en France dans les habitations domestiques uniquement pour des raisons historiques.  Toutes les nouvelles installations se font en monophasé, mais des installations anciennes vont subsister longtemps en triphasé.
  4. 4. Différence entre monophasé et triphasé  Une installation de 12KW soit 20A en monophasé est très différente d’une installation de 12KW en triphasé, même s’il n’y a pas d’écart de prix pour l’abonnement.  Dans le premier cas, la consommation va se faire jusqu’à ce que le plafond de 12KW soit atteint.  Dans le second cas, le seuil de consommation est de 4KW par phase, donc il peut être atteint très rapidement s’il y a consommation élevée sur une phase, même s’il n’y a pas de consommation sur les autres phases.  Dans de nombreuses installations en triphasé, il n’y a pas d’équilibrage de la consommation entre les phases, et l’approche prise est en général de demander une augmentation de la puissance de l’abonnement à l’EDF dès que le disjoncteur de branchement déclenche.  Les installations anciennes en triphasé peuvent être migrées en monophasé, mais cela peut entraîner un coût très important. Il faudra en général refaire le câblage entre le disjoncteur de branchement et le réseau ERDF, donc une tranchée, des travaux significatifs, cela peut-être dissuasif.  De plus le câblage interne devra être revu si la puissance requise dépasse la capacité des conducteurs de phase existants
  5. 5. Les différents abonnements EDF et prix au 1/8/2015  Il y a un éventail de prix important entre les différents abonnements EDF, en fonction de la puissance et d’une option Heures Creuses  Il faut choisir la puissance en fonction de sa consommation maximale.  L’option Heures Pleines / Heures Creuses est intéressante seulement si une partie importante de la consommation électrique peut être arrêtée en journée, c’est le cas pour des chauffe-eaux et quelquefois pour du chauffage électrique. Un chauffe-eau seul ne justifiera en général pas ce choix.  L’option EJP n’est plus commercialisée par EDF et tend à disparaître progressivement, elle est de moins en moins intéressante car le tarif heures creuses est déjà supérieur à celui du tarif bleu tempo heures creuses.  A consommation égale le jour et la nuit, il est préférable de prendre le tarif base, l’abonnement étant un peu moins cher. Tarifs réglementés EDF au 1/8/2015 en Euros Puissance en Ampères 15A 20A 25A 30A 40A 50A 60A Puissance en KW/h 9 12 15 18 24 30 36 Abonnement Base 117.20 180.11 206.57 237.59 505.49 624.69 723.39 Abonnement HP/HC 126.52 204.77 237.26 266.84 560.18 661.91 761.37 Abonnement EJP 122,26 186,32 213,54 238,98 736,3
  6. 6. Quelle approche pour l’équilibre des phases?  Il y a différentes approches possibles pour équilibrer une installation triphasée.  Celle que nous allons aborder dans ce document est basée sur une étude de la consommation des différents appareils raccordés à l’installation et alimentés uniquement en 230 Volts.  En effet, les appareils utilisant le courant triphasé n’ont pas d’impact sur cet équilibrage, puisqu’ils consomment le même ampérage sur chaque phase.  Le point de départ est de faire un inventaire de ces appareils en estimant leur consommation en Ampères ou KW/h.  Pompe à chaleur, Radiateurs électriques, Climatiseurs  Les chauffe-eau à résistance ou thermodynamiques  Moteurs type pompe de piscine ou bain à remous  Lave vaisselle, lave linge, sèche linge  Four, plaques électriques halogènes ou induction, micro-onde, etc…  Congélateurs, réfrigérateurs, etc…  Pour l’éclairage, il faut estimer globalement la consommation par disjoncteur divisionnaire.
  7. 7. Une installation triphasée type (exemple) Disjoncteurs ou Interrupteurs différentiels sectoriels 300ma Disjoncteurs différentiels divisionnaires 30ma Equipements triphasés Petit équipement monophasé Eclairage et Petit équipement monophasé Eclairage Prises 220V Eclairage Prises 220V Eclairage Prises 220V Disjoncteur de branchement N+3P N+3P N+3P N+3P N+3P N+3PN+PN+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P
  8. 8. Une installation triphasée type (exemple)  Cette exemple montre une installation triphasée équilibrée  Un abonnement de 18KVA sera suffisant s’il s’agit bien de la consommation maximale par phase à un instant “t”  Il n’est pas utile de prévoir une puissance supérieure  Une protection supplémentaire peut être mise en place à l’aide d’un ou plusieurs délesteurs  Il est également possible d’éviter l’utilisation de certains équipements en simultané: On n’utilise pas le four et le lave- vaisselle en même temps On évite d’utilise le lave-linge en même temps que les plaques électriques Le chauffe-eau peut ne pas fonctionner en journée Etc… en KW/h Phase 1 Phase 2 Phase 3 Pompe à chaleur triphasée 1,6 1,6 1,6 Chauffe-eau triphasé 1 1 1 Sous-total 2,6 2,6 2,6 Appareillage Monophasé Four 2 Plaques induction 1,5 Plaques halogène 1,8 Lave Vaisselle 0,3 Lave Linge 0,4 Sèche Linge 0,3 Réfrigérateur 0,1 Congélateur 0,2 Robot ménager 0,3 Sous-total 2,4 2,1 2,4 Eclairage et prises 220V Disjoncteur divisionnaire 1 0,4 Disjoncteur divisionnaire 2 0,5 Disjoncteur divisionnaire 3 0,5 Disjoncteur divisionnaire 4 0,5 Disjoncteur divisionnaire 5 0,5 Disjoncteur divisionnaire 6 0,3 Sous-total 0,9 1 0,8 Total général 5,9 5,7 5,8 Exemple de consommation d'une installation triphasée
  9. 9. Répartir la consommation par phase  Une fois cet inventaire réalisé, il faut établir un profil de consommation maximale. En général, cela se situe plutôt en hiver et en journée ou soirée, lorsque un nombre élevé d’appareils va fonctionner en simultané.  Ce sera le cas par exemple, si l’on a un ou deux chauffe-eaux monophasé, un ou plusieurs radiateurs électriques, une résille de plancher chauffant. Il faudra de plus faire tourner les machines de nettoyage, et les appareils de cuisine type four, plaques, etc…  En revanche, il n’est pas utile de considérer les climatiseurs ou la pompe de piscine, sauf si celle-ci est utilisée en hiver, bien sûr.  Pour l’électroménager, le mieux est de les répartir sur les différentes phases. On mettra par exemple, le four et le lave-vaisselle sur une phase, les plaques halogènes et le lave linge sur une deuxième phase, l’induction et le sèche-linge sur la troisième phase.  Pour l’éclairage, le plus simple est de répartir les disjoncteurs divisionnaires sur les trois phases, compte-tenu de l’estimation de consommation. On peut considérer que la cuisine, la salle-à manger et le salon, par exemple, vont être utilisés en simultané, donc prévoir de répartir prises et éclairage sur les différentes phases.  Pour les chambres, la consommation y est en général moins élevée donc il y a moins d’intérêt à faire une répartition précise, sauf si elle est facile à réaliser bien sûr.
  10. 10. Contrôler la consommation par phase  Il peut être difficile de contrôler la consommation par phase, pour vérifier l’équilibrage, mais voici trois possibilités.  Les compteurs EDF électroniques ont une fonction qui permet de mesure la consommation instantanée en Watts ou Ampères, on ne peut toutefois visualiser qu’une seule phase à la fois.  Il est aussi possible d’utiliser un ampèremètre manuel, si les câbles d’alimentation principaux sont accessibles en sortie du compteur EDF. L’ampèremètre est muni d’une pince qui entoure le câble et mesure l’intensité du courant le traversant.  Une autre possibilité est de mettre un ampèremètre enfichable DIN sur la phase que l’on veut contrôler sur le tableau principal, c’est une méthode plus coûteuse mais sans doute la plus efficace. Ampèremètre portable Ampèremètre de tableau sur rail DIN Affichage digital de consommation sur compteur électronique
  11. 11. Consommation ponctuellement trop forte, que faire?  Si la consommation dépasse ponctuellement la capacité du disjoncteur de branchement sur l’une des phases, le plus simple est d’installer un délesteur sur cette phase.  Le principe du délesteur est de couper une ou plusieurs voies lorsqu’une certaine capacité prédéfinie a été atteinte.  Par exemple, si le délesteur détecte que la phase tire plus de 4500W pour un contrat de 15kVA, il va couper la voie 1, puis si la capacité est toujours dépassée, il va couper la voie 2, etc…  Voir plus de détail sur le délestage en pages suivantes.  Une autre action possible est d’éviter de faire tourner l’électro-ménager en même temps que le four ou les plaques électriques.  De même, le fait de mettre certains appareils en heures creuses ou de les programmer de nuit par exemple, peux suffire à éviter ce dépassement de capacité en journée.  Enfin, on pourra éviter d’utiliser de l’éclairage halogène en période de très forte consommation (grand froid) si le système principal de chauffage est électrique.  Il est également possible de limiter sa consommation en remplaçant progressivement les ampoules classiques par des ampoules à leds. Au niveau d’une habitation entière, cela peut représenter une baisse d’un ou deux KWh et donc éviter d’atteindre le seuil de déclenchement du disjoncteur de branchement.
  12. 12. Rôle du délesteur  Il peut y avoir jusqu’à 4 voies ou circuits de sortie sur un délesteur. Ces voies sont soient coupées dans un ordre fixe prédéfini ou en cascade, soit par rotation ou ordre tournant.  Dans le premier cas, la voie coupée en premier sera toujours la même et elle sera réactivée d’abord, idem pour la seconde, etc…  Dans le second cas, le délesteur est tournant donc les voies se coupent l’une après l’autre, et se rétablissent dans le même ordre.  Le délestage tournant est adaptée dans le cas de radiateurs électriques ou dans le cas d’une chaudière électrique avec plusieurs résistances, lorsqu’il ne faut pas couper toujours la même voie en premier.  Le délestage hiérarchisé en cascade implique qu’on puisse identifier les appareils dont on a le moins besoin pendant un laps de temps précis (cumulus, radiateurs de certaines pièces, chauffe-eau).  On évitera de délester en premier les appareils électroménager, ou seulement en dernière priorité pour éviter que le disjoncteur de branchement ne saute dans les cas extrêmes de consommation.  Il est préférable d’utiliser des contacteurs de puissance reliés aux délesteurs qui risquent de s’endommager rapidement et sont relativement onéreux.  Les différentes voies du délesteur seront reliées à un ou plusieurs contacteurs qui pourront être remplacés à moindre coût lorsqu’ils seront hors d’usage.
  13. 13. Principe de fonctionnement  Le délesteur va mesurer la consommation en ampères dans un conducteur de phase par l’intermédiaire de tores qui peuvent être soient intégré au délesteur soit déportés.  Si le tore est intégré au délesteur, cela veut dire qu’il doit être installé directement en sortie du disjoncteur de branchement, ce qui est parfois compliqué.  Dans le cas de tores déportés, ils doivent être positionnés sur les conducteurs de phase en sortie du disjoncteur de branchement, mais le délesteur peut être installé plus en aval.  Il existe également des délesteurs électroniques sans tores qui se branchent directement sur le compteur lorsqu’il est prévu pour ça (compteur électronique seulement).  La consommation en ampères va être comparée à un seuil maximal qui est normalement paramétrable à des valeurs situées entre 5 et 60 Ampères (en général).  Lorsque la mesure de consommation dépasse le seuil fixé, le délesteur coupe une ou plusieurs voies, jusqu’à ce que la consommation mesurée redescende en dessous du seuil.  On trouve des délesteurs triphasés (coupant une voie sur chaque phase) mais on peut aussi utiliser des délesteurs monophasés que l’on va installer sur chaque phase, ce qui permettra de couper plusieurs voies soit de façon indépendante, soit en simultané en utilisant des contacteurs.  Le pouvoir de coupure des relais d’un délesteur est souvent limité, donc on passe en général par des contacteurs pour couper une phase lorsque la puissance dépasse ce pouvoir de coupure, ce qui évite d’endommager les relais internes du délesteur.
  14. 14. Exemple 1: délestage monophasé Disjoncteur de branchement Délesteurs monophasés 3 voies Tore intégrés Voie 1 Voie 2 Voie 3 Dans cet exemple, on a installé 3 délesteurs 3 voies en monophasé, un par phase. Lorsque la capacité maximale du disjoncteur de branchement sera atteinte sur une phase, on va délester d’abord le cumulus (boucle sur contacteur), puis des radiateurs électriques, puis l’électroménager en dernier recours seulement (voie 3). Evite le déclenchement du disjoncteur de branchement Contacteur N+1P N+1P N+1P N+3P N+3P
  15. 15. Exemple 2: délestage triphasé Disjoncteur de branchement Délesteur triphasé 1 voie Tore intégrés Phase 1 Dans cet autre exemple, on a installé 1 délesteur triphasé. Lorsque la capacité maximale du disjoncteur de branchement sera atteinte sur une phase, cette phase va délester un radiateur électrique et le cumulus par le biais d’un contacteur de puissance triphasé. L’avantage par rapport à l’exemple précédent est qu’on n’utilise qu’un seul appareil au lieu de trois. L’inconvénient est qu’on est limité à une seule voie de délestage. Contacteur N+3P N+3P N+3P N+1PN+1PN+1P Phase 2 Phase 3 3 Phases
  16. 16. Exemple 3: délestage par teleinformation Disjoncteur de branchement Gestionnaire d’énergie pour compteur triphasé multiphase Dans cet autre exemple, on a installé 1 gestionnaire d’énergie qui collecte les données du compteur EDF par les ports de teleinformation. Ce gestionnaire a de multiples fonctions dont celle d’un délesteur pouvant commander plusieurs radiateurs électriques par le biais de leurs fils pilotes en différents modes, et des sorties de délestage peuvent être reliées à des contacteurs de puissance, ici un seul en triphasé pour couper le chauffe-eau. Nombreuses possibilités de programmation et d’affichage des consommations en marge de la fonction de délestage. Contacteur N+3P N+3P N+3PN+1PN+1PN+1P Délestage Fil pilote Fil pilote Fil pilote Teleinfo 2 fils I1 I2
  17. 17. Une alternative: Le passage en monophasé  La méthode la plus radicale lorsqu’on se trouve face à un mauvais équilibrage de phase, serait de passer d’un abonnement triphasé à un abonnement monophasé.  Ce changement est le plus logique si le logement ne comporte pas d’appareils fonctionnement en triphasé, mais ce n’est pas toujours possible, ou peut se révéler assez coûteux.  Le fait de passer en monophasé va permettre de pouvoir réduire la puissance de l’abonnement puisque le cumul de l’ensemble de la consommation se fera sur une seule phase.  Il faut en faire la demande à son fournisseur d’énergie qui fera une étude technique et vous soumettra un devis.  Cela peut nécessiter des travaux important entre le disjoncteur de branchement et le réseau ERDF. Le problème principal est généralement la section des câbles, puisque le triphasé requiert une section plus faible que le monophasé.
  18. 18. Changements nécessaires pour un passage en monophasé  Diamètre des conducteurs: il faut vérifier que la section des conducteurs est suffisante pour supporter le monophasé en tenant compte de leur longueur.  Par exemple, un câble de section 2,5mm2 ne supportera que 10A sur une longueur maximale de 50 mètres, ou 20A sur une longueur de 20 mètres. Un section de 4mm2 supportera au maximum 25A sur une longueur de 25 mètres, ou 12,5A sur 50 mètres.  Il faudra revoir également les appareils de protection (disjoncteurs, interrupteurs différentiels, contacteurs, etc…)  Un disjoncteur triphasé peut être utilisé en monophasé en pontant les trois phases, ou en utilisant seulement l’une des trois phases  Un disjoncteur (ou interrupteur) triphasé différentiel pourra être utilisé en utilisant la phase la plus proche du neutre. C’est un cas général, il peut y avoir des exceptions chez certains constructeurs  Un contacteur triphasé peut-être utilisé en monophasé sans aucun problème.  A moyen terme, on pourra remplacer cet équipement triphasé par un équipement monophasé, souvent beaucoup moins cher.
  19. 19. Contrôle de l’équilibrage et actions complémentaires  L’équilibrage de phase doit être considéré comme un processus itératif car il est nécessaire de contrôler le travail effectué à posteriori.  On peut simuler une période de forte consommation en faisant fonctionner tous appareils censés être en demande en même temps lors d’un pic.  Si le résultat n’est pas conforme aux attentes, il faudra en analyser les raisons: • Quelle est la phase qui provoque le déclenchement? • Quel appareil au causé le déclenchement? • Possibilité de correction par changement de phase ou délestage?
  20. 20. Informations de contact Merci de me contacter de préférence par email si vous avez des questions sur ce document. Courrier: Patrick Prin 97 Chemin de la Colline 38330 Saint Nazaire les Eymes Email: patrick.prin@gmail.com

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