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Electricité Industrielle
Etablissement: FS de Kenitra
Module : Electricité Industrielle
Année Universitaire: 2021-2022
Pr. Khalid NOUNEH
1
Chapitre :
La protection des réseaux
électriques
2
3
Introduction
Le critère principal de bon fonctionnement des différents réseaux, est la continuité
de fourniture. Le programme de protection des réseaux s’attache donc à diminuer le
nombre des perturbations, à limiter leur durée, et à accélérer au maximum la reprise
du service normal.
Les défauts d’isolement se traduisent par : des surintensités, des chutes de tension
(Si le défaut est déséquilibré) l'apparition de composantes inverse et homopolaire
des Ces critères, qui sont utilisés comme grandeurs d'influence des protections,
peuvent prendre des valeurs très différentes selon le type de défaut: monophasé,
biphasé, biphasé à terre, triphasé ....
Les protections électriques ont pour rôle de détecter un défaut d'isolement et de
Commander l’élimination des tronçons de réseau sur lequel le défaut est apparu.
4
La protection des réseaux électriques
La protection des réseaux électriques désigne l'ensemble des appareils de
surveillance et de protection assurant la stabilité d'un réseau électrique. Cette
protection est nécessaire pour éviter la destruction accidentelle d'équipements
coûteux et pour assurer une alimentation électrique ininterrompue. Elle doit
également garantir l’électricité. La Commission électrotechnique internationale
(C.E.I) défini la protection comme l’ensemble des dispositions destinées à la
détection des défauts et des situations anormales des réseaux afin de commander le
déclenchement d’un ou de plusieurs disjoncteurs, si nécessaire d’élaborer d’autres
ordres de signalisations.
La plupart des systèmes de fourniture d’énergie électrique sont interconnectés et
doivent bénéficier de telles protections.
5
Objectifs de la protection
Un système de protection doit :
o Préserver la sécurité des personnes et des biens.
o Eviter la destruction partielle ou totale des matériels.
o Assurer la meilleure continuité de fourniture possible.
Pour qu’un système de protection accomplisse convenablement sa mission, il doit
présenter les qualités suivantes :
 Fiabilité : Déclenchement suite à un défaut réel (décision sûre).
 Disponibilité : C’est la capacité de fonctionner lors de l’apparition d’un
défaut, ce qui impose diverses procédures ou dispositifs pour s’assurer
que la protection est en état de marche.
 Rapidité d’action : Pour limiter les effets néfastes du défaut.
 Sensibilité : Détecter la moindre variation de grandeur à surveiller.
 Consommation : Elle doit être réduite.
 Sélectivité : Déclenchement seulement des appareils encadrant le défaut,
de manière à maintenir sous tension les parties saines.
6
Les différentes protections
Protection des transformateurs de postes MT/BT
Les choix concernant la protection des transformateurs MT/BT peuvent paraître
simples car ils résultent souvent des habitudes des concepteurs de réseaux
électriques, voire d’une politique dictée par des considérations technico-
économiques. En fait, les choix sont à faire en fonction de la technologie des
transformateurs, des types de charges qu’ils alimentent, et surtout des agressions
qu’ils subissent.
Figure 1: Transformateur MT
7
Mises sous et hors tension
Les « manœuvres » d'un transformateur de distribution se limitent à la mise sous
tension et à la mise hors tension. En distribution publique, ces manœuvres sont
exceptionnelles et ne correspondent pas réellement à de l'exploitation. Toutefois,
les transformateurs sont mis sous et hors tension lors des interventions des
disjoncteurs du réseau amont, y compris lors des cycles de ré-enclenchements. Des
refermetures rapides peuvent entraîner la mise sous tension avec un fort flux
rémanent, ce qui génère des courants d'enclenchement particulièrement élevés.
8
Les surtensions externes
Ces surtensions proviennent soit de chocs de foudre directs ou induits sur les
réseaux MT ou BT, soit de la transmission par le niveau MT de surtensions de
manœuvre générées sur le réseau amont. Lors de la mise hors tension par un
appareillage situé immédiatement en amont, des surtensions peuvent être générées
par l'ensemble transformateur - appareillage de coupure - circuit d'alimentation,
entraînant alors une sollicitation diélectrique du transformateur. Cette sollicitation
se traduit par un vieillissement prématuré, ou même par un défaut d'isolement
entre spires, ou à la masse. Les conditions les plus critiques sont obtenues lors de la
mise hors tension de transformateurs non chargés, par des organes de manœuvre
capables d'interrompre des courants à haute fréquence tels que les disjoncteurs à
vide. L’utilisation de tels appareillages en tant que moyen de manœuvre
d'exploitation est donc à envisager avec précautions.
9
Protection contre les surtensions : Eclateurs et
parafoudres
Deux moyens de protection contre les surtensions sont utilisés de manière large :
les éclateurs et les parafoudres.
Les éclateurs sont les dispositifs les moins coûteux et les plus rustiques. Ils sont
utilisés exclusivement sur les réseaux aériens.
Les parafoudres offrent une protection plus performante, mais pour un coût
notablement plus élevé.
Figure 2: Éclateur à air
Figure 3: Parafoudre à
varistance sur ligne de
transmission 110 kV
10
Les surcharges
Les échauffements admissibles dans les différentes parties du transformateur, en
tenant compte des valeurs limitent d'échauffement fournies par les normes,
basées sur une durée de vie escomptée liée au vieillissement des isolants,
caractérisent un fonctionnement permanent. Un courant de valeur supérieure à la
valeur assignée correspond à un fonctionnement en surcharge. Une situation de
surcharge maintenue, entraîne un dépassement des échauffements sur certains
points du transformateur (selon sa construction), dans le cas d'une température
ambiante élevée, un dépassement des températures admissibles.
La surcharge est souvent transitoire et l'équilibre thermique n'est pas atteint,
l'inertie thermique du transformateur, importante pour les transformateurs de
types « immergés », permet de supporter des valeurs élevées, suivant une loi« à
temps inverse.
11
Chapitre :
Schémas et Normalisation des
Installations Industrielles
12
Schémas et Normalisation des
Installations Industrielles.
 Partie Puissance
• Les sectionneurs
• Les interrupteurs
• Les fusibles
• Les disjoncteurs
• Les contacteurs
• Les relais thermiques
 Partie Commande
• Les boutons poussoirs : Marche/ Arrêt
• Les boutons tournants
• Les commutateurs de position ou les sélecteurs
• Les temporisateurs
• les relais et les relais de fonction
• les détecteurs ETC
13
14
Structure de système de puissance
15
Circuit de puissance
Réseau 230V triphasé
Fonction
Les sectionneurs sont des dispositifs électriques destinés à ouvrir ou à fermer un circuit à
vide .
Constitution
Un sectionneur possède un ou plusieurs pôles principaux portés par des isolateurs , un
mécanisme de commande ,un châssis et éventuellement des contacts auxiliaires pour la
commande
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les sectionneurs
16
Domaine d’ emploi
Les sectionneurs ont un domaine d ‘ emploi très vaste couvrant la totalité de
gamme des tensions: BT , MT , HT et THT ( 400 KV ) et de courant : de 25 A
jusqu’au 6400 A
Avantages
* Appareils robustes .
* Capable de supporter de forts courants de court circuit
* Prix très intéressant
Inconvénients
* Pas de pouvoir de coupure
Symbole:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les sectionneurs
1 3 5
2 4 6
Q1
R S T
13 21
14 22
17
Un sectionneur peut être combiné avec des fusibles pour former un sectionneur porte
fusibles
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les sectionneurs
18
1 3 5
2 4 6
Q3
R S T
Symbole
D’un sectionneur
Porte fusibles
18
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les interrupteurs
Fonction
Les interrupteurs sont des dispositifs électriques conçus pour ouvrir ou fermé un circuit
électrique , les interrupteurs sont plus perfectionnés que les sectionneurs du fait d’un certain
pouvoir de coupure .Ils peuvent couper , sous tension nominale , un courant d’intensité égale
à sa valeur nominale.
Constitution
Comme pour les sectionneurs , on trouve :
- Un ou plusieurs contacts principaux (ou de puissance), mais avec un dispositif de coupure
d’arc.
- Un mécanisme de commande des contacts mobiles .
- Un châssis portant l’ensemble.
19
Domaine d’emploi
Les interrupteurs sont employés dans la B .T jusqu‘à 3000 A et en M .T jusqu’ au 2000 A.
Avantages
• Robustes
• Peu compliqués
• Prix modéré
• Possèdent un pouvoir de coupure
Inconvénients
• Inapte à l’exploitation automatique
• Pas de protection
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les interrupteurs
R S T
1 3 5
2 4 6
Q10
C
N .F
N .O
20
Fonction
Ce sont des organes de protection contres les surintensité ( surcharge et court-circuit )
Constitution
Elément fusible : C’ est le cœur de la cartouche généralement on utilise des matériaux de
très bon conductivité , dans lesquels on réalise des sections réduites pour créer des zones
de fusion privilégiées. Des matériaux tel que l’argent, le cuivre ou des alliages sont
généralement employés .
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
21
Corps : C’ est l’enveloppe .Il doit répondre aux critères suivants
• Mécaniquement résistant.
• Bon conducteur thermique.
Matière de remplissage : Inerte et de granulométrie adaptée est tassée de manière à
obtenir une porosité homogène et stable (On emploi généralement de la silice granuleuse).
Pour que la manipulation des fusibles soit facile et sans danger ces derniers sont montés sur des
supports appelés porte – fusibles ou des socles
• Différents types de fusibles
• Type gI , gII ou Gl : Sont destinés à la protection de la distribution de l’énergie électrique et
de l’éclairage.
• Type aM : Fusible à accompagnement moteur.
• Type aR , UR : Sont utilisés pour la protection des composants semi-conducteurs
(variateurs ,démarreurs etc…).
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
22
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
Caractéristiques:
Calibre: 2A, 10A, 100A,…..etc.
Classe: gf, gG pour des usages générales
Taille: 5*20, 8*31, 14*51, 22*58………..etc.
Tension nominal
Forme
23
Cylindrique
A couteau
23
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
Caractéristiques: Courant- Temps
24
Les caractéristiques
temps –courant donne la
durée de pré-arc (en seconde)
en fonction de la valeur
efficace du courant de pré-arc
(en Aeff) à 50 Hz
courant
temps
A B
A’ B’
IN
Onde de
courant
PdC
t1
(s)
24
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
contrainte thermique
25
to tp tt
Valeur crête de
la première
onde de courant
de défaut
t en(s)
Courant
Valeur du
courant
limité
La contrainte thermique
correspond à l’air jaune. Elle
traduit l’énergie laissée
passée par les fusibles
pendant le défaut
I²t
( contraint thermique)
25
Symbole Electrique
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les fusibles
R S T
F15
26
Fonction
Un disjoncteur est un appareil à commande
manuelle ou automatique . Son rôle est la protection
des personnes et des installations électriques contre
tous les défauts , il représente alors un appareil de
sécurité par excellence.
Constitution
Un disjoncteur comporte généralement :
• Pôles principaux .
• Mécanisme de commande.
• Pôles auxiliaires.
• Eventuellement un châssis.
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
27
Caractéristiques:
Un disjoncteur est caractérisé par :
• Tension nominale.
• Intensité nominale.
• Pouvoir de coupure PdC.
Domaine d’emploi:
Les disjoncteurs couvrent tous les domaines d’emploi BT , MT et HT. Ils ne différent que
par la technique de coupure utilisée. Ces techniques sont regroupées dans le tableau
suivant:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
28
Comment le disjoncteur protège les équipement?
 Il assure la protection contre les surintensités.
 Il assure la protection contre les surcharges.
 Les surcharges ? C’est l’augmentation progressif du courant I dans une installation
électrique.
𝐼𝑠𝑢𝑟𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 il atteint 5 a 10* 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
 Les conséquences? L’échauffement (câble électrique ou moteur électrique).
 Court-circuit? C’est l’augmentation brutal du courant I. 𝐼𝑐𝑐 =10 a 1000* 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
Comment le disjoncteur réagie contres ces défauts?
Chaque disjoncteur est doté d’un:
• déclencheur thermique (protection contre les surcharges)
• déclencheur magnétique (protection contre les court-circuit)
Donc le disjoncteur qui assure ces deux fonctions, c’est un disjoncteur magnétothermique.
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
29
Comment le disjoncteur protège les personnes?
 Il assure la protection contre le courant de défaut.
 Il assure la protection contre le courant de fuite.
 Le disjoncteur différentiel assure la protection des personnes.
 Pour assurer la protection des équipements et des personnes il faut installer un
disjoncteur magnétothermique différentiel.
NB: Un interrupteur différentiel n’assure plus la protection contre les surcharges et les
court-circuit, mais en peux ajouter un disjoncteur magnétothermique pour assurer cette
fonction.
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
30
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
31
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
32
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
33
Zone de
surcharge
IN PdC
Zone de
Court-circuit
Temps
(en
s)
Courant (A)
I1
t1
I2
t2
Réaction du
Déclencheur
thermique
Réaction du
déclencheur
magnétique
33
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les disjoncteurs
34
Q7
R S T
1 3 5
2 4 6
Disjoncteur de distribution
Q12
R S T
1
2
3
4
5
6
Disjoncteur moteur
13
14
21
22
13 21
14 22
34
Fonction
Un contacteur est un appareil de coupure automatique: Il permet d’ouvrir et de fermer
un circuit électrique à distance via l’excitation d’une bobine de commande.
Constitution
• Bobine
• Pôles électriques ( 3 ou 4 )
• Contacts auxiliaires
• Chambre de coupure de l’arc
Caractéristiques
• Tension assignée : Pour des contacteurs à faible courant jusqu' ‘à 150 A la tension
assignée est de 690 V , au delà , elle est de 1000 V.
• Courant nominal : Le contacteur est choisi sur la base d’ un courant nominal
• Température
• Altitude
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs
35
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs, Principe de fonctionnement
Armature
fixe
Amortisseur
Bobine
Borne de la
bobine
Armature
mobile
Ressort de
Rappel
Contact
36
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs, Symbole Electrique
37
A1
A2
K11
Schéma de la bobine
1 3 5
2 4 6
K11
Circuit de Puissance
R S T
37
13
14
21
22
Circuit de commande
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs
38
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs
Contacteur auxiliaire Bloc de contacts auxiliaires
4 pôles 4 contacts fermés
39
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les contacteurs, Adjonctions de blocs
40
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques
Fonction
La fonction principale de cette organe électrique est la protection des moteurs contre les
surcharges
Constitution
• Pôles de puissance ( 4 ou 3)
• Contacts auxiliaires
• Bouton de réglage du courant thermique
• Bouton de réarmement
Relais thermiques :
41
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques
1 Bouton de réglage Ir.
2 Bouton Test. L'action sur le bouton Test permet :
le contrôle du câblage du circuit de commande
la simulation du déclenchement du relais (action sur les 2 contacts "O" et "F").
3 Bouton Stop. Il agit sur le contact "O" et est sans effet sur le contact "F« .
4 Bouton de réarmement.
5 Visualisation du déclenchement.
6 Verrouillage par plombage du capot.
7 Sélecteur de choix entre réarmement manuel et automatique.
Les relais LRD 01 à 35 sont livrés avec sélecteur en position manuelle protégé par un opercule. Le passage
en position automatique se fait par une action volontaire.
42
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques
1 Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du courant (à froid).
2 Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du courant (à froid).
3 Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du courant de réglage (à chaud).
43
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques, Classes des relais thermiques.
Classes de Plages du temps (Tp) de déclenchement
Déclenchement en fonction du courant de surcharge du moteur
1,05 1,2 1,5 7,2
l nominal l nominal l nominal l nominal
10 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 4 min. 4 s < Tp 10 s
20 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 8 min. 6 s < Tp i 20 s
30 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 12 min. 9 s < Tp i 30 s
44
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques
45
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Puissance : Les relais thermiques
F16
R S T
1
2
3
4
5
6
95
96
97
98
Pôles de puissances
Contacts de
commande
46
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Boutons Poussoirs
Ce sont des interfaces homme machine très simples , ils permettent de Lancer un fonctionnement par
l’action « appuyer / relâcher » . Ces dispositifs sont des astables
Bouton poussoir marche:
C’ est un organe électrique de commande permettant de démarrer une ou plusieurs action , voir un cycle
par une impulsion
Chronogramme:
Symbole électrique:
Action 1 Action 2
Temps
0
1
4
S5
3
47
Bouton d’arrêt
Il permet d’ arrêter un fonctionnement par la simple action « Appuyer / Relâcher » . C’ est un
bouton complémentaire du bouton marche .
Chronogramme:
Symbole électrique:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Boutons Poussoirs
Action 1 Action 2
Temps
S10 1
2
48
Pousser- tirer
S15 1
2
Tourner - tirer
S2
1
2
Déverrouillage à clef
S4
1
2
Pousser- tirer Tourner pour déverrouiller A clef
Boutons arrêt d’urgence (boutons à coup de poing)
Ce sont des boutons utilisés pour la sécurités des personnes et des machines . Ils permettent
de couper l’alimentation d’un circuit de commande . On différencie :
• pousser- tirer
• tourner pour déverrouiller
• déverrouillage à clef
Ces boutons sont disponibles en diamètres 30 40 60 mm
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Arrêts d’urgence
49
Ce sont des simples interrupteurs de commande . Ils fonctionnent comme des bistables
Chronogramme:
Symbole électrique:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Boutons Tournants, Les Interrupteurs
Action 1 Action 2
Temps
C.O
Action 1 Action 2
Temps
C.F
corps
3
4
S1
Bouton tournant contact
à fermeture
S2
2
1
Bouton tournant contact
à ouverture
50
Fonction
C’est un appareil qui permet de sélectionner un mode de fonctionnement parmi ceux
proposés . La quantité de Choix possible détermine son nombre d’état stable , ces états
stables sont connus sous le nom des positions du commutateurs.
Présentation
Symbole électrique:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Commutateurs
1
1 2 3 4
S8
Commutateur
avec position zéro
S9 1 2 3 4
Commutateur
sans position zéro
51
fonction
Les contacts travaillent en différé par rapport à l’excitation d’une bobine .
On distingue six types de temporisation:
Contact à ouverture temporisé à l’ouverture: Par rapport à l’excitation de la bobine , ce
contact s’ouvre après une temporisation t ; à sa désexcitation le contact se ferme
instantanément.
Chronogramme:
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Temporisateurs
bobine
contact
temps
temps
t t
52
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Temporisateurs
Contact à ouverture temporisé à la fermeture: Ce contact s’ouvre instantanément à
l’excitation de la bobine; à sa désexcitation ,il se ferme après une temporisation t
Contact à fermeture temporisé à la fermeture: Par rapport à l’excitation de la bobine, se
contact se ferme au bout d’un certain temps t ; il s’ouvre instantanément à la désexcitation
bobine
contact
t t
temps
temps
53
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Temporisateurs
Contact à fermeture temporisé à l’ouverture: Ce contact se ferme instantanément à l’excitation de
la bobine ; à sa désexcitation , il s’ouvre au bout d’un certain temps t
Contact à ouverture temporisé à l’ouverture et à la fermeture: Ce contact s’ouvre après une
temporisation t par rapport à l’excitation de la bobine et se ferme avec un retard égal à la
même Temporisation t après sa désexcitation
contact
bobine
t t
temps
temps
54
Contact à fermeture temporisé à l’ouverture et à la fermeture: Ce contact Se ferme après une
temporisation t par rapport à l’excitation de la bobine et s’ouvre avec un retard égal à la même
temporisation t après sa désexcitation
contact
bobine
t t
temps
temps
Adjonction d’un Bloc Temporisé
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Temporisateurs
55
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Temporisateurs
T3
67
68
55
56
67
68
55
56
T5
Temporisateur retardé
à l’enclenchement
Temporisateur retardé
au déclenchement
56
A1
A2
57
58
T2
55
56
T5
Temporisateur à ouverture
retardé à l’enclenchement et au
déclenchement
Temporisateur à fermeture
retardé à l’enclenchement
et au déclenchement
56
Définition
Ce sont des organes d’automatisme et de contrôle. Généralement, ces relais possèdent
une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sortie.
• Les entrées correspondent aux paramètres à contrôler
• Les sorties sont des contacts secs ,des TORS ou analogiques permettant
l’asservissement et le suivi des paramètres à contrôler.
EX : relais de niveau
relais surtension
relais a minimum ou maximum de courant
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Relais
57
Relais à minimum ou
maximum de courant
Relais de contrôle de
niveaux de liquide
57
Définition
Dans leur rôle d'acquisition dédiée au traitement de l'information, les détecteurs ont les
principales fonctions élémentaires suivantes : contrôler la présence, l'absence ou le
positionnement d'objets divers, détecter le passage, le défilement ou le bourrage de ceux-
ci, les compter, etc. Les applications qui mettent en pratique ces formes de détection
"tout ou rien" sont multiples. Les plus typiques portent sur :
 La détection de pièces machines ou d'objets,
 La détection liée à la manutention,
 La détection directe de personnes, de véhicules, d'animaux, etc.
Quatre familles de détecteurs de présence constituent la base des offres :
 Les Interrupteurs de Position électromécaniques actionnés par contact direct avec des objets ou
pièces.
 Les Détecteurs de Proximité Inductifs électroniques, pour détecter sans contact physique et à
faible distance du métal.
 Les Détecteurs de Proximité Capacitifs électroniques, pour détecter sans contact physique et à
faible distance des objets de natures diverses.
 Les Détecteurs Photoélectriques électroniques pour détecter des objets situés jusqu'à plusieurs
dizaines de mètres.
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Détecteurs
58
Définition:
Les interrupteurs de positions sont des appareils actionnés par contact direct avec les objets, les
pièces machines, etc. Ils transforment ce contact physique en une fermeture ou ouverture d'un
contact électrique. Ils sont utilisés dans des applications très variées en raison de leurs
nombreuses qualités. Ils ne résolvent pas certains problèmes pour lesquels ils trouvent le relais
de la solution électronique.
Constitution d'un interrupteur de position
Les interrupteurs de position sont constitués à partir de trois éléments de base :
1- le dispositif d'attaque
2- la tête de commande
3- le corps équipé de contacts électriques.
Schémas et Normalisation des Installations Industrielles
Partie Commande : Les Détecteurs, Les Interrupteurs de position
Interrupteurs de Position Détecteur de proximité Inductifs Détecteur de proximité capacitifs
59
Le dimensionnement d’une installation électrique est un art difficile dans la mesure où
il nécessite de prendre en considération des impératifs techniques, normatifs,
économiques, contractuels et stratégiques. Ces derniers sont définis par une
principale pièces marché d’un projet :
 Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc.
L’étude d’une architecture complète présente 5 grandes fonctions élémentaires : la
transformation, le transport, la distribution, la conversion et l’exploitation.
Que ce soit dans le domaine tertiaire ou industriel, l’objectif final est de mettre à
disposition les fonctionnalités électriques auprès de l’exploitant en garantissant la
maintenabilité, l’évolutivité ainsi que la sécurité des biens et des personnes.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Introduction
60
De façon systématique, nous distinguerons durant toute les étapes de
dimensionnement :
 Les courants forts (transformateur, onduleur, groupe électrogène, TGBT & TD,
etc…).
 Les courants faibles (contrôle d’accès, anti intrusion, SSI, etc...)
Cette phase ‟ETUDES” aboutira à la production des documents suivants :
 Bilan de puissance
 Implantation
 Fiches techniques
Ces derniers seront soumis pour validation auprès du Bureau d’Etudes techniques
(BET) avant la phase d’exécution.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Introduction
61
Durant la phase de réalisation, l’intégrateur de solutions dans le domaine du Génie
Electrique devra procéder aux opérations suivantes:
1. Réalisation de la prise de terre
2. Réalisation des incorporations
3. Pose des chemins de câbles
4. Pose des conduits et goulottes
5. Tirage des câbles
6. Installation des postes de livraison et de transformation (cellules MT,
transformateur MT/BT)
7. Mise en oeuvre des éléments de répartition et de dérivation
8. Installation des tableaux généraux, divisionnaires et terminaux (TGBT, TD)
9. Installations des sources autonomes (onduleurs, groupes)
10. Pose de l’appareillage
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Introduction
62
Dans le cadre du code du travail, les autorités ministérielles définissent les lignes de
conduite à respecter afin de garantir l’hygiène et la sécurité des travailleurs et
rédigent les décrets, les arrêtés et les lois votées par l’Assemblée nationale. Leur
mise en application est garantie par un ensemble de règles et prescriptions définies
par les organismes de normalisations :
Les recommandations CEI ont pour objectif d’harmoniser sur le plan international les
normes dans les pays concernés. Ces mesures sont établies par un comité d’experts
dans les domaines de la médecine et de l’ingénierie.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Organismes de normalisations et normes internationales
63
le, ci‐dessous quelques normes CEI et leurs domaines de spécification:
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Organismes de normalisations et normes internationales
64
Le décret relatif à la protection des travailleurs est applicable à tout établissement
industriel, commercial ou administratif, qu’il soit public ou privé, mettant en oeuvre
des courants électriques.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Organismes de normalisations et normes internationales
65
 La diversité d’utilisation des récepteurs installés
 Le niveau d’utilisation réel des récepteurs installés
 Le niveau d’utilisation prévisionnel des récepteurs installés
Les valeurs à suivre seront basées sur l’expérience et sur des enregistrements
réalisés sur des installations existantes.
En plus de fournir une base de données pour le calcul de l’installation de chaque
circuit, la méthodologie proposée permet, à partir de ces calculs de base, de fournir
une valeur globale pour la puissance d’utilisation de l’installation, sur laquelle peut
être spécifié le système de distribution en énergie (réseaux de distribution,
transformateur MT/BT, groupe électrogène).
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance
Introduction
Dans la conception d’une installation, il est nécessaire de connaitre la puissance
maximale que le concessionnaire ONE devra fournir. Baser ce calcul sur la simple
somme arithmétique des récepteurs installés conduirait à une surévaluation
des coûts d’exploitation. Pour l’optimiser, nous allons définir des grandeurs prenant
en compte :
66
La puissance installée Pinst est égale à la somme des puissances nominales Pnom des
récepteurs de l’installation.
Pinst = Σ Pnom(Récepteur)
La valeur de la puissance nominale d’un récepteur est donnée par sa documentation
technique. En pratique, la puissance nominale d’un récepteur n’est pas toujours égale
à la puissance consommée par ce dernier:
Pour un moteur, la puissance nominale correspond à la puissance de sortie sur son
arbre. La puissance d’entrée consommée est évidemment plus importante.
Pour une lampe à décharge ou une lampe fluorescente, qui possède un ballast
stabilisateur, la puissance nominale indiquée sur la lampe (correspondant à la
consommation par la lampe seule) est inférieure à la puissance consommée par la
lampe et son ballast.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance, Puissance Installée
67
La puissance absorbée Pabs d’un récepteur est donnée par la puissance nominale
Pnom, le rendement unitaire ρ et le facteur de puissance cosϕ.
La puissance absorbée est souvent supposée être la somme arithmétique des
puissances apparentes de chaque récepteur (cette sommation est exacte si toutes les
charges ont le même facteur de puissance) pour des raisons de (confort de calcul.
Par conséquent, la valeur de la puissance apparente est supérieure à la valeur de la
puissance absorbée, la différence représente une marge d’erreur acceptable lors de la
phase de conception.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance, Puissance Absorbée
68
La puissance d’utilisation Pu est égale à la somme des puissances absorbées et
valorisées par le facteur suivant:
Ku , facteur d’utilisation maximum:
Pu = Ku . Pabs
Il traduit le fait que le régime de fonctionnement d’un récepteur peut être
inférieur à la puissance nominale. Il s’applique individuellement à chaque
récepteur (circuits terminaux).
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance, Puissance d’utilisation et puissance foisonnée
69
La puissance foisonnée PF d’une distribution est égale à la somme des
puissances absorbées et valorisées par le facteur suivant:
Ks , facteur de simultanéité:
PF = KS . Pu = KS . Ku . Pabs
Il traduit le fait qu’un ensemble de récepteurs ne soit pas utilisé en même
temps. Il s’applique à chaque regroupement de récepteurs (distributions ou
tableaux divisionnaires).
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance, Puissance d’utilisation et puissance foisonnée
70
La NF C 15‐100 nous donne la valeur du courant d’emploi IB circulant dans les
conducteurs de phase et définie par :
Le Facteur a:
Il tient compte du facteur de puissance et du rendement:
• Pour l’éclairage et les moteurs voir le guide UTE C 15‐105
• Pour le chauffage (par résistance) : a = 1
• Pour les autres récepteurs : a est à déterminer suivant les indications des
constructeur
Le facteur b , facteur d'utilisation des appareils:
Dans une installation industrielle, le facteur b peut varier entre 0,3 et 0,9. En
l'absence d'indications plus précises, un facteur d'utilisation de 0,75 peut
généralement être adopté pour les appareils à moteur. Pour les appareils d'éclairage
et de chauffage, le facteur d'utilisation est toujours égal à 1.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Courant d’emploi défini par la NF C 15 100
71
Le facteur c: facteur de simultanéité:
La détermination des facteurs de simultanéité c nécessite la connaissance détaillée de
l'installation considérée et l'expérience des conditions d'exploitation, notamment pour
les moteurs et les prises de courant. Il n'est pratiquement pas possible de spécifier
des valeurs du facteur c pour chaque type d'installation, mais, en l'absence
d'indications plus précises, la valeur du facteur de simultanéité peut être prise dans le
tableau suivant :
Dans certaine installations industrielles on prendra pour les Prises de Courants:
n étant le nombre de prises de courant du circuit considéré.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Courant d’emploi défini par la NF C 15 100
72
Le facteur d:
Il tient compte des prévisions d'extension. La valeur du facteur d doit être estimée
suivant les conditions prévisibles d'évolution de l'installation; il est au moins égal à 1
et pour les installations industrielles, une valeur d'au moins 1,2 est recommandée.
Le Facteur e : facteur de conversion des puissances en intensités:
Le facteur e, exprimée en kW ou en kVA, en intensité exprimée en ampères peut être
pris égal à :
• en monophasé 127 V, e = 8
• en monophasé 230 V, e = 4,35
• en triphasé 230 V, e = 2,5
• en triphasé 400 V, e = 1,4
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Courant d’emploi défini par la NF C 15 100
73
Le calcul du bilan de puissance d’une installation commence par la phase
d’implantation des récepteurs permettant ainsi d’en optimiser leur nombre afin de
réduire les coûts. On prendra soin de séparer le bilan de puissance en postes
comme suit :
 Prises de courant:
Elles seront regroupées par niveau de puissance et par type.
 Alimentations Force:
Les alimentations force seront regroupées par type d’utilisation.
 Eclairage:
Un calcul d’éclairement par type de luminaire devra être effectué, afin de vérifier la
corrélation entre le nombre d’appareils définis et le niveau d’éclairement requis au
CCTP. Ils seront regroupés par niveau de puissance.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Méthodologie
74
 Le facteur d’utilisation et de simultanéité:
Les différents facteurs seront appliqués par poste en fonction de l’utilisation en
respectant la norme NF C 15‐100.
 Le facteur de puissance et la réserve de puissance:
Ils seront appliqués sur l’ensemble des puissances ainsi obtenues et seront conformes
aux valeurs données par le CCTP.
L’intégration de ces 2 derniers paramètres permettra de définir la valeur du
disjoncteur de tête ainsi que la tarification de l’installation.
NB: Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc.
Le cahier des clauses techniques particulières (CCTP) France.
est un document contractuel qui rassemble les clauses techniques d'un marché
public ;
Il est rédigé par l'acheteur et fait partie des pièces constitutives du marché public.
Il est intégré au dossier de consultation des entreprises.
Il doit être signé par la personne publique et le prestataire.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Méthodologie
75
Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc.
1. Renseigner pour chaque poste les différents types d’appareillages du projet.
2. Renseigner les quantités et les puissances unitaires de chaque appareillage.
3. Calculer la puissance totale de chaque appareillage.
4. Renseigner les coefficients normés pour chaque appareillage.
5. Calculer la puissance totale foisonnée de chaque appareillage.
6. Déterminer le niveau de réserve de puissance de l’installation.
7. Calculer la somme totale de l’installation en kW.
8. Convertir la puissance totale de l’installation en kVA à partir du facteur de
puissance.
9. En déduire le niveau de tarification à souscrire.
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Bilan du Puissance:
Méthodologie
76
‐Codification spécifié par la NF C 15‐100 et la CEI 60 529:
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Degrés de protection des enveloppes matériels:
Le code IP
77
Codification spécifié par CEI 60 262:
Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle
Degrés de protection des enveloppes matériels:
Le code IK
78
L’ interconnexion entre les installations privées et le réseau de distribution basse
tension, généralement appelé ‟branchement”, fait l’objet d’une norme spécifique: la
NF C 14‐100.
Cette norme traite de la conception et de la réalisation des installations de
branchement à basse tension comprise entre le point de raccordement (PDR) au
réseau et le point de livraison (PDL) aux utilisateurs.
Elle s’applique aux branchement individuels et aux branchements collectifs. Elle
permet de concevoir des installations de branchement jusqu’à 400A, en assurant à
tout moment la sécurité des biens et des personnes.
A partir du transformateur HTA/BT la distribution publique est limitée en puissance à
250kVA et le neutre du transformateur est relié à la terre suivant le schéma TT ou
TN‐S.
Le réseau distribue les tensions 230/410 volts avec des tolérances allant de ‐10% à
+6%.
Tableaux et Armoires
Introduction
79
Un tableau de distribution est le point d’entrée de l’énergie électrique pour
l’installation BT. Le circuit d’arrivée se divise en plusieurs circuits, chacun de ces
circuits est commandé et protégé par l’appareillage installé dans le tableau.
L’enveloppe du tableau de distribution assure une double protection :
 La protection de l’appareillage contre les chocs mécaniques, les vibrations et les
autres influences externes (poussières, interférences électromagnétiques, etc.).
 La protection des personnes contre les risques de contacts directs et de contacts
indirects.
La norme CEI 60 439 donne les prescriptions à suivre afin d’améliorer la sûreté de
fonctionnement des tableaux en
définissant :
• Les unités fonctionnelles.
• Les formes de séparation des unités fonctionnelles en accord avec les besoins
utilisateur.
• Les essais de type.
Tableaux et Armoires:
Distribution Basse Tension:
Les tableaux de distribution :
80
La séparation des unités fonctionnelles à l’intérieur de l’ensemble permet d’accéder à
une unité fonctionnelles sans risque pour les personnes et pour les unités voisines.
On distingue 4 formes :
• Forme 1: aucune séparation.
• Forme 2: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles.
• Forme 3: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles et des unités
fonctionnelles entre elles.
• Forme 4: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles et séparation de
toutes les unités fonctionnelles entre elles y compris leurs bornes de sortie.
Tableaux et Armoires:
Distribution Basse Tension:
Les tableaux de distribution :
81
3 technologies de bases sont utilisées pour réaliser les
unités fonctionnelles :
• Les unités fonctionnelles fixes: aucune intervention de
maintenance n’est possible sans procéder au préalable à
la mise hors tension du tableau.
• Les unités fonctionnelles déconnectables: montée sur
une platine amovible et équipée d’un dispositif de
sectionnement amont/aval. L’unité complète peut être
retirée sans procéder à la coupure du tableau.
• Les unités fonctionnelles débrochables en tiroir: le
sectionnement électrique et mécanique, en amont et en
aval de la fonction est assuré par le débrochage complet
en tiroir permettant un remplacement rapide sans mise
hors tension au préalable du tableau.
Tableaux et Armoires:
Distribution Basse Tension:
Les tableaux de distribution :
82
L’implantation des matériels à l’intérieur du
tableau nécessite une étude minutieuse prenant
en compte l’encombrement de chaque matériel,
les raccordements à réaliser et les distances de
sécurité à respecter éviter les
dysfonctionnements.
L’existence de différents types de tableaux se
différencient par le type d’application et par leur
principe de réalisation.
‐ On distingue :
• Le Tableau Général Basse Tension (TGBT)
• Les Armoires ou Tableaux Divisionnaires (AD
ou TD).
• Les coffrets terminaux
Tableaux et Armoires:
Distribution Basse Tension:
Les tableaux de distribution :
83
La NF C 14‐100 constitue le lien entre:
les dispositions applicables en amont du point de raccordement (NF C 11‐201)
les dispositions applicables en aval du point de livraison (NF C 15‐100)
Tableaux et Armoires
Introduction
84
C’est un branchement pouvant être monophasé ou triphasé. La puissance appelée au
point de livraison est limitée par un dispositif approprié (Appareil Général de
Commande et de Protection) à la puissance souscrite par l’utilisateur.
‐ L’AGCP assure de façon coordonnée:
le sectionnement et la commande
la protection contre les surintensités
la coupure d’urgence
la protection contre les contacts indirects
la limitation de puissance
‐ L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs options et niveaux de
puissance.
‐ 2 types de branchement sont définis selon l’emplacement du PDL:
type 1: lorsque le PDL se situe dans les locaux de l’utilisateur
type 2: lorsque le PDL se situe en limite de propriété à proximité du coupe circuit
individuel
Tableaux et Armoires:
Branchement à puissance limité ≤ 36kVA (tarif bleu):
85
C’est un branchement triphasé. L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs
options et niveaux de puissance.
Le Gestionnaire du Réseau de Distribution enregistre, à partir d’un appareil de mesure,
la puissance appelée au point de livraison. Le dépassement de la puissance souscrite
est alors possible.
Le dispositif permettant la gestion de ce branchement comprend:
le Coffret de couplage assurant:
le comptage de la puissance délivrée
le sectionnement de l’installation à partir d’un interrupteur à coupure visible
l’ AGCP assurant:
le sectionnement et la commande
la protection contre les surintensités
la coupure d’urgence
la protection contre les contacts indirects (par adjonction d’un dispositif différentiel)
la limitation de puissance (par adjonction d’un déclencheur)
Tableaux et Armoires:
Branchement à puissance surveillée de 36 à 250kVA (tarif jaune):
86
C’est un branchement triphasé. L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs
options et niveaux de puissance.
Dans ce cas, l’installation se voit dotée d’un poste de livraison MT. Avant toute
réalisation, l’accord officiel du distributeur d’énergie concernant les éléments
constitutifs du poste et ses méthodes d’installation doit être obtenu.
Après les essais et le contrôle de l’installation par un organisme agréé, la délivrance
d’un certificat de conformité permet la mise sous tension du poste.
En fonction de l’architecture du réseau MT, plusieurs solutions de raccordement
pourront être adoptées.
Conformément à la NF C 13‐100, le poste sera équipé :
• D’un transformateur MT/BT
• Des organes de protection
• Des organes de coupure et de verrouillage
• Des organes d’asservissement
Tableaux et Armoires:
Branchement à puissance surveillée > 250kVA (tarif vert):
87
L’alimentation du poste de livraison, depuis le réseau de distribution publique MT peut
se faire de plusieurs façons :
 Raccordement sur un réseau radial MT (simple dérivation). Le poste est alimenté
par une dérivation du réseau.
 Raccordement sur une boucle MT (coupure d’artère). L’alimentation du poste est
insérée en série sur la ligne du réseau de distribution moyenne tension en boucle
et permet le passage du courant de la ligne via un jeu de barres. Ce schéma
permet à l’utilisateur de bénéficier d’une alimentation fiable à partir de 2 départs
MT, ce qui limite les temps d’interruption en cas de défaut ou de travaux sur le
réseau du distributeur.
 Raccordement sur 2 câbles MT en parallèle (double dérivation). Lorsqu’il est
possible de disposer de 2 câbles souterrains en parallèle pour alimenter le poste,
on utilise un tableau MT similaire à celui du poste en coupure d’artère. La principale
différence avec le poste en coupure d’artère est que les 2
interrupteurs‐sectionneurs sont inter verrouillés de façon à ce qu’un seul d’entre
eux puisse être fermés à la fois.
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Raccordement au réseau de distribution publique:
88
Représentation des principaux types de raccordement:
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Raccordement au réseau de distribution publique:
89
La norme NF C 13‐100 définit le poste HTA à comptage BT par :
 Une tension de 1 à 33kV (valeur usuelle 20kV).
 Un seul transformateur.
 Un courant secondaire au plus égal à 2000A soit une
puissance maximale P ≤ 1250kVA sous 20kV.
 Un comptage BT fournit par le distributeur d’énergie.
 Le raccordement au réseau MT se fera soit par 2 interrupteurs
(cellule IM) dans le cas d’un réseau en boucle, soit par 2
interrupteurs verrouillés (cellule DDM) dans le cas d’un réseau
en double dérivation.
 Une protection transformateur par combiné interrupteur
fusible (cellule QM).
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Le poste de livraison à comptage BT:
90
La norme NF C 13‐100 définit le poste HTA à comptage HTA par :
 Une tension de 1 à 33kV (valeur usuelle 20kV).
 Soit par un transformateur avec courant secondaire > 2000A, soit une puissance
maximale P ≥ 1250kVA sous 20kV, soit plusieurs transformateurs.
 Un comptage MT (cellule CM et DM).
 Le raccordement au réseau MT se fera soit par 2 interrupteurs (cellule IM) dans le
cas d’un réseau en boucle, soit par 2 interrupteurs verrouillés (cellule DDM) dans le
cas d’un réseau en double dérivation.
 Une ou plusieurs protections transformateur par combiné interrupteur fusible
(cellule QM).
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Le poste de livraison à comptage MT:
91
Un transformateur est défini par:
• ses caractéristiques électriques.
• sa technologie.
• ses conditions d’utilisation.
Connaissant la puissance d’installation, un dimensionnement approprié du
transformateur peut être déterminé en tenant compte des possibilités d’amélioration
du facteur de puissance, des extensions prévisibles de l’installation, des
contraintes d’installation, des puissances nominales existantes.
Les caractéristiques électriques d’un transformateur sont définis par:
• Sn en kVA
• Rapport de transformation m
• Isolement des enroulements
• Tension primaire – tension secondaire
• Rendement η
• Pertes joule et pertes fer (hystérésis et courants de Foucault)
• Couplage des enroulements
• Pertes mécaniques
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Choix du transformateur MT / BT:
92
Il est possible de choisir entre 2
technologies :
Le transformateur immergé dans l’huile
minérale. Le diélectrique liquide est
inflammable et impose l’utilisation d’un
dispositif de Détection de Gaz,
de Pression et de Température (DGPT).
Tableaux et Armoires:
Tarif vert – Choix du transformateur MT / BT:
Le transformateur sec enrobé.
L’isolation des enroulements est réalisée
par de la résine. La surveillance de la
température des enroulements est
réalisée par une sonde thermique.
93

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  • 1. Electricité Industrielle Etablissement: FS de Kenitra Module : Electricité Industrielle Année Universitaire: 2021-2022 Pr. Khalid NOUNEH 1
  • 2. Chapitre : La protection des réseaux électriques 2
  • 3. 3 Introduction Le critère principal de bon fonctionnement des différents réseaux, est la continuité de fourniture. Le programme de protection des réseaux s’attache donc à diminuer le nombre des perturbations, à limiter leur durée, et à accélérer au maximum la reprise du service normal. Les défauts d’isolement se traduisent par : des surintensités, des chutes de tension (Si le défaut est déséquilibré) l'apparition de composantes inverse et homopolaire des Ces critères, qui sont utilisés comme grandeurs d'influence des protections, peuvent prendre des valeurs très différentes selon le type de défaut: monophasé, biphasé, biphasé à terre, triphasé .... Les protections électriques ont pour rôle de détecter un défaut d'isolement et de Commander l’élimination des tronçons de réseau sur lequel le défaut est apparu.
  • 4. 4 La protection des réseaux électriques La protection des réseaux électriques désigne l'ensemble des appareils de surveillance et de protection assurant la stabilité d'un réseau électrique. Cette protection est nécessaire pour éviter la destruction accidentelle d'équipements coûteux et pour assurer une alimentation électrique ininterrompue. Elle doit également garantir l’électricité. La Commission électrotechnique internationale (C.E.I) défini la protection comme l’ensemble des dispositions destinées à la détection des défauts et des situations anormales des réseaux afin de commander le déclenchement d’un ou de plusieurs disjoncteurs, si nécessaire d’élaborer d’autres ordres de signalisations. La plupart des systèmes de fourniture d’énergie électrique sont interconnectés et doivent bénéficier de telles protections.
  • 5. 5 Objectifs de la protection Un système de protection doit : o Préserver la sécurité des personnes et des biens. o Eviter la destruction partielle ou totale des matériels. o Assurer la meilleure continuité de fourniture possible. Pour qu’un système de protection accomplisse convenablement sa mission, il doit présenter les qualités suivantes :  Fiabilité : Déclenchement suite à un défaut réel (décision sûre).  Disponibilité : C’est la capacité de fonctionner lors de l’apparition d’un défaut, ce qui impose diverses procédures ou dispositifs pour s’assurer que la protection est en état de marche.  Rapidité d’action : Pour limiter les effets néfastes du défaut.  Sensibilité : Détecter la moindre variation de grandeur à surveiller.  Consommation : Elle doit être réduite.  Sélectivité : Déclenchement seulement des appareils encadrant le défaut, de manière à maintenir sous tension les parties saines.
  • 6. 6 Les différentes protections Protection des transformateurs de postes MT/BT Les choix concernant la protection des transformateurs MT/BT peuvent paraître simples car ils résultent souvent des habitudes des concepteurs de réseaux électriques, voire d’une politique dictée par des considérations technico- économiques. En fait, les choix sont à faire en fonction de la technologie des transformateurs, des types de charges qu’ils alimentent, et surtout des agressions qu’ils subissent. Figure 1: Transformateur MT
  • 7. 7 Mises sous et hors tension Les « manœuvres » d'un transformateur de distribution se limitent à la mise sous tension et à la mise hors tension. En distribution publique, ces manœuvres sont exceptionnelles et ne correspondent pas réellement à de l'exploitation. Toutefois, les transformateurs sont mis sous et hors tension lors des interventions des disjoncteurs du réseau amont, y compris lors des cycles de ré-enclenchements. Des refermetures rapides peuvent entraîner la mise sous tension avec un fort flux rémanent, ce qui génère des courants d'enclenchement particulièrement élevés.
  • 8. 8 Les surtensions externes Ces surtensions proviennent soit de chocs de foudre directs ou induits sur les réseaux MT ou BT, soit de la transmission par le niveau MT de surtensions de manœuvre générées sur le réseau amont. Lors de la mise hors tension par un appareillage situé immédiatement en amont, des surtensions peuvent être générées par l'ensemble transformateur - appareillage de coupure - circuit d'alimentation, entraînant alors une sollicitation diélectrique du transformateur. Cette sollicitation se traduit par un vieillissement prématuré, ou même par un défaut d'isolement entre spires, ou à la masse. Les conditions les plus critiques sont obtenues lors de la mise hors tension de transformateurs non chargés, par des organes de manœuvre capables d'interrompre des courants à haute fréquence tels que les disjoncteurs à vide. L’utilisation de tels appareillages en tant que moyen de manœuvre d'exploitation est donc à envisager avec précautions.
  • 9. 9 Protection contre les surtensions : Eclateurs et parafoudres Deux moyens de protection contre les surtensions sont utilisés de manière large : les éclateurs et les parafoudres. Les éclateurs sont les dispositifs les moins coûteux et les plus rustiques. Ils sont utilisés exclusivement sur les réseaux aériens. Les parafoudres offrent une protection plus performante, mais pour un coût notablement plus élevé. Figure 2: Éclateur à air Figure 3: Parafoudre à varistance sur ligne de transmission 110 kV
  • 10. 10 Les surcharges Les échauffements admissibles dans les différentes parties du transformateur, en tenant compte des valeurs limitent d'échauffement fournies par les normes, basées sur une durée de vie escomptée liée au vieillissement des isolants, caractérisent un fonctionnement permanent. Un courant de valeur supérieure à la valeur assignée correspond à un fonctionnement en surcharge. Une situation de surcharge maintenue, entraîne un dépassement des échauffements sur certains points du transformateur (selon sa construction), dans le cas d'une température ambiante élevée, un dépassement des températures admissibles. La surcharge est souvent transitoire et l'équilibre thermique n'est pas atteint, l'inertie thermique du transformateur, importante pour les transformateurs de types « immergés », permet de supporter des valeurs élevées, suivant une loi« à temps inverse.
  • 11. 11
  • 12. Chapitre : Schémas et Normalisation des Installations Industrielles 12
  • 13. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles.  Partie Puissance • Les sectionneurs • Les interrupteurs • Les fusibles • Les disjoncteurs • Les contacteurs • Les relais thermiques  Partie Commande • Les boutons poussoirs : Marche/ Arrêt • Les boutons tournants • Les commutateurs de position ou les sélecteurs • Les temporisateurs • les relais et les relais de fonction • les détecteurs ETC 13
  • 14. 14 Structure de système de puissance
  • 16. Fonction Les sectionneurs sont des dispositifs électriques destinés à ouvrir ou à fermer un circuit à vide . Constitution Un sectionneur possède un ou plusieurs pôles principaux portés par des isolateurs , un mécanisme de commande ,un châssis et éventuellement des contacts auxiliaires pour la commande Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les sectionneurs 16
  • 17. Domaine d’ emploi Les sectionneurs ont un domaine d ‘ emploi très vaste couvrant la totalité de gamme des tensions: BT , MT , HT et THT ( 400 KV ) et de courant : de 25 A jusqu’au 6400 A Avantages * Appareils robustes . * Capable de supporter de forts courants de court circuit * Prix très intéressant Inconvénients * Pas de pouvoir de coupure Symbole: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les sectionneurs 1 3 5 2 4 6 Q1 R S T 13 21 14 22 17
  • 18. Un sectionneur peut être combiné avec des fusibles pour former un sectionneur porte fusibles Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les sectionneurs 18 1 3 5 2 4 6 Q3 R S T Symbole D’un sectionneur Porte fusibles 18
  • 19. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les interrupteurs Fonction Les interrupteurs sont des dispositifs électriques conçus pour ouvrir ou fermé un circuit électrique , les interrupteurs sont plus perfectionnés que les sectionneurs du fait d’un certain pouvoir de coupure .Ils peuvent couper , sous tension nominale , un courant d’intensité égale à sa valeur nominale. Constitution Comme pour les sectionneurs , on trouve : - Un ou plusieurs contacts principaux (ou de puissance), mais avec un dispositif de coupure d’arc. - Un mécanisme de commande des contacts mobiles . - Un châssis portant l’ensemble. 19
  • 20. Domaine d’emploi Les interrupteurs sont employés dans la B .T jusqu‘à 3000 A et en M .T jusqu’ au 2000 A. Avantages • Robustes • Peu compliqués • Prix modéré • Possèdent un pouvoir de coupure Inconvénients • Inapte à l’exploitation automatique • Pas de protection Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les interrupteurs R S T 1 3 5 2 4 6 Q10 C N .F N .O 20
  • 21. Fonction Ce sont des organes de protection contres les surintensité ( surcharge et court-circuit ) Constitution Elément fusible : C’ est le cœur de la cartouche généralement on utilise des matériaux de très bon conductivité , dans lesquels on réalise des sections réduites pour créer des zones de fusion privilégiées. Des matériaux tel que l’argent, le cuivre ou des alliages sont généralement employés . Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles 21
  • 22. Corps : C’ est l’enveloppe .Il doit répondre aux critères suivants • Mécaniquement résistant. • Bon conducteur thermique. Matière de remplissage : Inerte et de granulométrie adaptée est tassée de manière à obtenir une porosité homogène et stable (On emploi généralement de la silice granuleuse). Pour que la manipulation des fusibles soit facile et sans danger ces derniers sont montés sur des supports appelés porte – fusibles ou des socles • Différents types de fusibles • Type gI , gII ou Gl : Sont destinés à la protection de la distribution de l’énergie électrique et de l’éclairage. • Type aM : Fusible à accompagnement moteur. • Type aR , UR : Sont utilisés pour la protection des composants semi-conducteurs (variateurs ,démarreurs etc…). Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles 22
  • 23. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles Caractéristiques: Calibre: 2A, 10A, 100A,…..etc. Classe: gf, gG pour des usages générales Taille: 5*20, 8*31, 14*51, 22*58………..etc. Tension nominal Forme 23 Cylindrique A couteau 23
  • 24. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles Caractéristiques: Courant- Temps 24 Les caractéristiques temps –courant donne la durée de pré-arc (en seconde) en fonction de la valeur efficace du courant de pré-arc (en Aeff) à 50 Hz courant temps A B A’ B’ IN Onde de courant PdC t1 (s) 24
  • 25. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles contrainte thermique 25 to tp tt Valeur crête de la première onde de courant de défaut t en(s) Courant Valeur du courant limité La contrainte thermique correspond à l’air jaune. Elle traduit l’énergie laissée passée par les fusibles pendant le défaut I²t ( contraint thermique) 25
  • 26. Symbole Electrique Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les fusibles R S T F15 26
  • 27. Fonction Un disjoncteur est un appareil à commande manuelle ou automatique . Son rôle est la protection des personnes et des installations électriques contre tous les défauts , il représente alors un appareil de sécurité par excellence. Constitution Un disjoncteur comporte généralement : • Pôles principaux . • Mécanisme de commande. • Pôles auxiliaires. • Eventuellement un châssis. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 27
  • 28. Caractéristiques: Un disjoncteur est caractérisé par : • Tension nominale. • Intensité nominale. • Pouvoir de coupure PdC. Domaine d’emploi: Les disjoncteurs couvrent tous les domaines d’emploi BT , MT et HT. Ils ne différent que par la technique de coupure utilisée. Ces techniques sont regroupées dans le tableau suivant: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 28
  • 29. Comment le disjoncteur protège les équipement?  Il assure la protection contre les surintensités.  Il assure la protection contre les surcharges.  Les surcharges ? C’est l’augmentation progressif du courant I dans une installation électrique. 𝐼𝑠𝑢𝑟𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 il atteint 5 a 10* 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙  Les conséquences? L’échauffement (câble électrique ou moteur électrique).  Court-circuit? C’est l’augmentation brutal du courant I. 𝐼𝑐𝑐 =10 a 1000* 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 Comment le disjoncteur réagie contres ces défauts? Chaque disjoncteur est doté d’un: • déclencheur thermique (protection contre les surcharges) • déclencheur magnétique (protection contre les court-circuit) Donc le disjoncteur qui assure ces deux fonctions, c’est un disjoncteur magnétothermique. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 29
  • 30. Comment le disjoncteur protège les personnes?  Il assure la protection contre le courant de défaut.  Il assure la protection contre le courant de fuite.  Le disjoncteur différentiel assure la protection des personnes.  Pour assurer la protection des équipements et des personnes il faut installer un disjoncteur magnétothermique différentiel. NB: Un interrupteur différentiel n’assure plus la protection contre les surcharges et les court-circuit, mais en peux ajouter un disjoncteur magnétothermique pour assurer cette fonction. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 30
  • 31. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 31
  • 32. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 32
  • 33. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 33 Zone de surcharge IN PdC Zone de Court-circuit Temps (en s) Courant (A) I1 t1 I2 t2 Réaction du Déclencheur thermique Réaction du déclencheur magnétique 33
  • 34. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les disjoncteurs 34 Q7 R S T 1 3 5 2 4 6 Disjoncteur de distribution Q12 R S T 1 2 3 4 5 6 Disjoncteur moteur 13 14 21 22 13 21 14 22 34
  • 35. Fonction Un contacteur est un appareil de coupure automatique: Il permet d’ouvrir et de fermer un circuit électrique à distance via l’excitation d’une bobine de commande. Constitution • Bobine • Pôles électriques ( 3 ou 4 ) • Contacts auxiliaires • Chambre de coupure de l’arc Caractéristiques • Tension assignée : Pour des contacteurs à faible courant jusqu' ‘à 150 A la tension assignée est de 690 V , au delà , elle est de 1000 V. • Courant nominal : Le contacteur est choisi sur la base d’ un courant nominal • Température • Altitude Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs 35
  • 36. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs, Principe de fonctionnement Armature fixe Amortisseur Bobine Borne de la bobine Armature mobile Ressort de Rappel Contact 36
  • 37. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs, Symbole Electrique 37 A1 A2 K11 Schéma de la bobine 1 3 5 2 4 6 K11 Circuit de Puissance R S T 37 13 14 21 22 Circuit de commande
  • 38. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs 38
  • 39. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs Contacteur auxiliaire Bloc de contacts auxiliaires 4 pôles 4 contacts fermés 39
  • 40. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les contacteurs, Adjonctions de blocs 40
  • 41. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques Fonction La fonction principale de cette organe électrique est la protection des moteurs contre les surcharges Constitution • Pôles de puissance ( 4 ou 3) • Contacts auxiliaires • Bouton de réglage du courant thermique • Bouton de réarmement Relais thermiques : 41
  • 42. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques 1 Bouton de réglage Ir. 2 Bouton Test. L'action sur le bouton Test permet : le contrôle du câblage du circuit de commande la simulation du déclenchement du relais (action sur les 2 contacts "O" et "F"). 3 Bouton Stop. Il agit sur le contact "O" et est sans effet sur le contact "F« . 4 Bouton de réarmement. 5 Visualisation du déclenchement. 6 Verrouillage par plombage du capot. 7 Sélecteur de choix entre réarmement manuel et automatique. Les relais LRD 01 à 35 sont livrés avec sélecteur en position manuelle protégé par un opercule. Le passage en position automatique se fait par une action volontaire. 42
  • 43. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques 1 Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du courant (à froid). 2 Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du courant (à froid). 3 Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du courant de réglage (à chaud). 43
  • 44. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques, Classes des relais thermiques. Classes de Plages du temps (Tp) de déclenchement Déclenchement en fonction du courant de surcharge du moteur 1,05 1,2 1,5 7,2 l nominal l nominal l nominal l nominal 10 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 4 min. 4 s < Tp 10 s 20 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 8 min. 6 s < Tp i 20 s 30 Tp > 2 h Tp < 2 h Tp < 12 min. 9 s < Tp i 30 s 44
  • 45. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques 45
  • 46. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Puissance : Les relais thermiques F16 R S T 1 2 3 4 5 6 95 96 97 98 Pôles de puissances Contacts de commande 46
  • 47. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Boutons Poussoirs Ce sont des interfaces homme machine très simples , ils permettent de Lancer un fonctionnement par l’action « appuyer / relâcher » . Ces dispositifs sont des astables Bouton poussoir marche: C’ est un organe électrique de commande permettant de démarrer une ou plusieurs action , voir un cycle par une impulsion Chronogramme: Symbole électrique: Action 1 Action 2 Temps 0 1 4 S5 3 47
  • 48. Bouton d’arrêt Il permet d’ arrêter un fonctionnement par la simple action « Appuyer / Relâcher » . C’ est un bouton complémentaire du bouton marche . Chronogramme: Symbole électrique: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Boutons Poussoirs Action 1 Action 2 Temps S10 1 2 48
  • 49. Pousser- tirer S15 1 2 Tourner - tirer S2 1 2 Déverrouillage à clef S4 1 2 Pousser- tirer Tourner pour déverrouiller A clef Boutons arrêt d’urgence (boutons à coup de poing) Ce sont des boutons utilisés pour la sécurités des personnes et des machines . Ils permettent de couper l’alimentation d’un circuit de commande . On différencie : • pousser- tirer • tourner pour déverrouiller • déverrouillage à clef Ces boutons sont disponibles en diamètres 30 40 60 mm Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Arrêts d’urgence 49
  • 50. Ce sont des simples interrupteurs de commande . Ils fonctionnent comme des bistables Chronogramme: Symbole électrique: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Boutons Tournants, Les Interrupteurs Action 1 Action 2 Temps C.O Action 1 Action 2 Temps C.F corps 3 4 S1 Bouton tournant contact à fermeture S2 2 1 Bouton tournant contact à ouverture 50
  • 51. Fonction C’est un appareil qui permet de sélectionner un mode de fonctionnement parmi ceux proposés . La quantité de Choix possible détermine son nombre d’état stable , ces états stables sont connus sous le nom des positions du commutateurs. Présentation Symbole électrique: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Commutateurs 1 1 2 3 4 S8 Commutateur avec position zéro S9 1 2 3 4 Commutateur sans position zéro 51
  • 52. fonction Les contacts travaillent en différé par rapport à l’excitation d’une bobine . On distingue six types de temporisation: Contact à ouverture temporisé à l’ouverture: Par rapport à l’excitation de la bobine , ce contact s’ouvre après une temporisation t ; à sa désexcitation le contact se ferme instantanément. Chronogramme: Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Temporisateurs bobine contact temps temps t t 52
  • 53. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Temporisateurs Contact à ouverture temporisé à la fermeture: Ce contact s’ouvre instantanément à l’excitation de la bobine; à sa désexcitation ,il se ferme après une temporisation t Contact à fermeture temporisé à la fermeture: Par rapport à l’excitation de la bobine, se contact se ferme au bout d’un certain temps t ; il s’ouvre instantanément à la désexcitation bobine contact t t temps temps 53
  • 54. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Temporisateurs Contact à fermeture temporisé à l’ouverture: Ce contact se ferme instantanément à l’excitation de la bobine ; à sa désexcitation , il s’ouvre au bout d’un certain temps t Contact à ouverture temporisé à l’ouverture et à la fermeture: Ce contact s’ouvre après une temporisation t par rapport à l’excitation de la bobine et se ferme avec un retard égal à la même Temporisation t après sa désexcitation contact bobine t t temps temps 54
  • 55. Contact à fermeture temporisé à l’ouverture et à la fermeture: Ce contact Se ferme après une temporisation t par rapport à l’excitation de la bobine et s’ouvre avec un retard égal à la même temporisation t après sa désexcitation contact bobine t t temps temps Adjonction d’un Bloc Temporisé Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Temporisateurs 55
  • 56. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Temporisateurs T3 67 68 55 56 67 68 55 56 T5 Temporisateur retardé à l’enclenchement Temporisateur retardé au déclenchement 56 A1 A2 57 58 T2 55 56 T5 Temporisateur à ouverture retardé à l’enclenchement et au déclenchement Temporisateur à fermeture retardé à l’enclenchement et au déclenchement 56
  • 57. Définition Ce sont des organes d’automatisme et de contrôle. Généralement, ces relais possèdent une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sortie. • Les entrées correspondent aux paramètres à contrôler • Les sorties sont des contacts secs ,des TORS ou analogiques permettant l’asservissement et le suivi des paramètres à contrôler. EX : relais de niveau relais surtension relais a minimum ou maximum de courant Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Relais 57 Relais à minimum ou maximum de courant Relais de contrôle de niveaux de liquide 57
  • 58. Définition Dans leur rôle d'acquisition dédiée au traitement de l'information, les détecteurs ont les principales fonctions élémentaires suivantes : contrôler la présence, l'absence ou le positionnement d'objets divers, détecter le passage, le défilement ou le bourrage de ceux- ci, les compter, etc. Les applications qui mettent en pratique ces formes de détection "tout ou rien" sont multiples. Les plus typiques portent sur :  La détection de pièces machines ou d'objets,  La détection liée à la manutention,  La détection directe de personnes, de véhicules, d'animaux, etc. Quatre familles de détecteurs de présence constituent la base des offres :  Les Interrupteurs de Position électromécaniques actionnés par contact direct avec des objets ou pièces.  Les Détecteurs de Proximité Inductifs électroniques, pour détecter sans contact physique et à faible distance du métal.  Les Détecteurs de Proximité Capacitifs électroniques, pour détecter sans contact physique et à faible distance des objets de natures diverses.  Les Détecteurs Photoélectriques électroniques pour détecter des objets situés jusqu'à plusieurs dizaines de mètres. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Détecteurs 58
  • 59. Définition: Les interrupteurs de positions sont des appareils actionnés par contact direct avec les objets, les pièces machines, etc. Ils transforment ce contact physique en une fermeture ou ouverture d'un contact électrique. Ils sont utilisés dans des applications très variées en raison de leurs nombreuses qualités. Ils ne résolvent pas certains problèmes pour lesquels ils trouvent le relais de la solution électronique. Constitution d'un interrupteur de position Les interrupteurs de position sont constitués à partir de trois éléments de base : 1- le dispositif d'attaque 2- la tête de commande 3- le corps équipé de contacts électriques. Schémas et Normalisation des Installations Industrielles Partie Commande : Les Détecteurs, Les Interrupteurs de position Interrupteurs de Position Détecteur de proximité Inductifs Détecteur de proximité capacitifs 59
  • 60. Le dimensionnement d’une installation électrique est un art difficile dans la mesure où il nécessite de prendre en considération des impératifs techniques, normatifs, économiques, contractuels et stratégiques. Ces derniers sont définis par une principale pièces marché d’un projet :  Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc. L’étude d’une architecture complète présente 5 grandes fonctions élémentaires : la transformation, le transport, la distribution, la conversion et l’exploitation. Que ce soit dans le domaine tertiaire ou industriel, l’objectif final est de mettre à disposition les fonctionnalités électriques auprès de l’exploitant en garantissant la maintenabilité, l’évolutivité ainsi que la sécurité des biens et des personnes. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Introduction 60
  • 61. De façon systématique, nous distinguerons durant toute les étapes de dimensionnement :  Les courants forts (transformateur, onduleur, groupe électrogène, TGBT & TD, etc…).  Les courants faibles (contrôle d’accès, anti intrusion, SSI, etc...) Cette phase ‟ETUDES” aboutira à la production des documents suivants :  Bilan de puissance  Implantation  Fiches techniques Ces derniers seront soumis pour validation auprès du Bureau d’Etudes techniques (BET) avant la phase d’exécution. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Introduction 61
  • 62. Durant la phase de réalisation, l’intégrateur de solutions dans le domaine du Génie Electrique devra procéder aux opérations suivantes: 1. Réalisation de la prise de terre 2. Réalisation des incorporations 3. Pose des chemins de câbles 4. Pose des conduits et goulottes 5. Tirage des câbles 6. Installation des postes de livraison et de transformation (cellules MT, transformateur MT/BT) 7. Mise en oeuvre des éléments de répartition et de dérivation 8. Installation des tableaux généraux, divisionnaires et terminaux (TGBT, TD) 9. Installations des sources autonomes (onduleurs, groupes) 10. Pose de l’appareillage Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Introduction 62
  • 63. Dans le cadre du code du travail, les autorités ministérielles définissent les lignes de conduite à respecter afin de garantir l’hygiène et la sécurité des travailleurs et rédigent les décrets, les arrêtés et les lois votées par l’Assemblée nationale. Leur mise en application est garantie par un ensemble de règles et prescriptions définies par les organismes de normalisations : Les recommandations CEI ont pour objectif d’harmoniser sur le plan international les normes dans les pays concernés. Ces mesures sont établies par un comité d’experts dans les domaines de la médecine et de l’ingénierie. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Organismes de normalisations et normes internationales 63
  • 64. le, ci‐dessous quelques normes CEI et leurs domaines de spécification: Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Organismes de normalisations et normes internationales 64
  • 65. Le décret relatif à la protection des travailleurs est applicable à tout établissement industriel, commercial ou administratif, qu’il soit public ou privé, mettant en oeuvre des courants électriques. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Organismes de normalisations et normes internationales 65
  • 66.  La diversité d’utilisation des récepteurs installés  Le niveau d’utilisation réel des récepteurs installés  Le niveau d’utilisation prévisionnel des récepteurs installés Les valeurs à suivre seront basées sur l’expérience et sur des enregistrements réalisés sur des installations existantes. En plus de fournir une base de données pour le calcul de l’installation de chaque circuit, la méthodologie proposée permet, à partir de ces calculs de base, de fournir une valeur globale pour la puissance d’utilisation de l’installation, sur laquelle peut être spécifié le système de distribution en énergie (réseaux de distribution, transformateur MT/BT, groupe électrogène). Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance Introduction Dans la conception d’une installation, il est nécessaire de connaitre la puissance maximale que le concessionnaire ONE devra fournir. Baser ce calcul sur la simple somme arithmétique des récepteurs installés conduirait à une surévaluation des coûts d’exploitation. Pour l’optimiser, nous allons définir des grandeurs prenant en compte : 66
  • 67. La puissance installée Pinst est égale à la somme des puissances nominales Pnom des récepteurs de l’installation. Pinst = Σ Pnom(Récepteur) La valeur de la puissance nominale d’un récepteur est donnée par sa documentation technique. En pratique, la puissance nominale d’un récepteur n’est pas toujours égale à la puissance consommée par ce dernier: Pour un moteur, la puissance nominale correspond à la puissance de sortie sur son arbre. La puissance d’entrée consommée est évidemment plus importante. Pour une lampe à décharge ou une lampe fluorescente, qui possède un ballast stabilisateur, la puissance nominale indiquée sur la lampe (correspondant à la consommation par la lampe seule) est inférieure à la puissance consommée par la lampe et son ballast. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance, Puissance Installée 67
  • 68. La puissance absorbée Pabs d’un récepteur est donnée par la puissance nominale Pnom, le rendement unitaire ρ et le facteur de puissance cosϕ. La puissance absorbée est souvent supposée être la somme arithmétique des puissances apparentes de chaque récepteur (cette sommation est exacte si toutes les charges ont le même facteur de puissance) pour des raisons de (confort de calcul. Par conséquent, la valeur de la puissance apparente est supérieure à la valeur de la puissance absorbée, la différence représente une marge d’erreur acceptable lors de la phase de conception. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance, Puissance Absorbée 68
  • 69. La puissance d’utilisation Pu est égale à la somme des puissances absorbées et valorisées par le facteur suivant: Ku , facteur d’utilisation maximum: Pu = Ku . Pabs Il traduit le fait que le régime de fonctionnement d’un récepteur peut être inférieur à la puissance nominale. Il s’applique individuellement à chaque récepteur (circuits terminaux). Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance, Puissance d’utilisation et puissance foisonnée 69
  • 70. La puissance foisonnée PF d’une distribution est égale à la somme des puissances absorbées et valorisées par le facteur suivant: Ks , facteur de simultanéité: PF = KS . Pu = KS . Ku . Pabs Il traduit le fait qu’un ensemble de récepteurs ne soit pas utilisé en même temps. Il s’applique à chaque regroupement de récepteurs (distributions ou tableaux divisionnaires). Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance, Puissance d’utilisation et puissance foisonnée 70
  • 71. La NF C 15‐100 nous donne la valeur du courant d’emploi IB circulant dans les conducteurs de phase et définie par : Le Facteur a: Il tient compte du facteur de puissance et du rendement: • Pour l’éclairage et les moteurs voir le guide UTE C 15‐105 • Pour le chauffage (par résistance) : a = 1 • Pour les autres récepteurs : a est à déterminer suivant les indications des constructeur Le facteur b , facteur d'utilisation des appareils: Dans une installation industrielle, le facteur b peut varier entre 0,3 et 0,9. En l'absence d'indications plus précises, un facteur d'utilisation de 0,75 peut généralement être adopté pour les appareils à moteur. Pour les appareils d'éclairage et de chauffage, le facteur d'utilisation est toujours égal à 1. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Courant d’emploi défini par la NF C 15 100 71
  • 72. Le facteur c: facteur de simultanéité: La détermination des facteurs de simultanéité c nécessite la connaissance détaillée de l'installation considérée et l'expérience des conditions d'exploitation, notamment pour les moteurs et les prises de courant. Il n'est pratiquement pas possible de spécifier des valeurs du facteur c pour chaque type d'installation, mais, en l'absence d'indications plus précises, la valeur du facteur de simultanéité peut être prise dans le tableau suivant : Dans certaine installations industrielles on prendra pour les Prises de Courants: n étant le nombre de prises de courant du circuit considéré. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Courant d’emploi défini par la NF C 15 100 72
  • 73. Le facteur d: Il tient compte des prévisions d'extension. La valeur du facteur d doit être estimée suivant les conditions prévisibles d'évolution de l'installation; il est au moins égal à 1 et pour les installations industrielles, une valeur d'au moins 1,2 est recommandée. Le Facteur e : facteur de conversion des puissances en intensités: Le facteur e, exprimée en kW ou en kVA, en intensité exprimée en ampères peut être pris égal à : • en monophasé 127 V, e = 8 • en monophasé 230 V, e = 4,35 • en triphasé 230 V, e = 2,5 • en triphasé 400 V, e = 1,4 Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Courant d’emploi défini par la NF C 15 100 73
  • 74. Le calcul du bilan de puissance d’une installation commence par la phase d’implantation des récepteurs permettant ainsi d’en optimiser leur nombre afin de réduire les coûts. On prendra soin de séparer le bilan de puissance en postes comme suit :  Prises de courant: Elles seront regroupées par niveau de puissance et par type.  Alimentations Force: Les alimentations force seront regroupées par type d’utilisation.  Eclairage: Un calcul d’éclairement par type de luminaire devra être effectué, afin de vérifier la corrélation entre le nombre d’appareils définis et le niveau d’éclairement requis au CCTP. Ils seront regroupés par niveau de puissance. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Méthodologie 74
  • 75.  Le facteur d’utilisation et de simultanéité: Les différents facteurs seront appliqués par poste en fonction de l’utilisation en respectant la norme NF C 15‐100.  Le facteur de puissance et la réserve de puissance: Ils seront appliqués sur l’ensemble des puissances ainsi obtenues et seront conformes aux valeurs données par le CCTP. L’intégration de ces 2 derniers paramètres permettra de définir la valeur du disjoncteur de tête ainsi que la tarification de l’installation. NB: Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc. Le cahier des clauses techniques particulières (CCTP) France. est un document contractuel qui rassemble les clauses techniques d'un marché public ; Il est rédigé par l'acheteur et fait partie des pièces constitutives du marché public. Il est intégré au dossier de consultation des entreprises. Il doit être signé par la personne publique et le prestataire. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Méthodologie 75
  • 76. Le cahier des prescriptions spéciales (CPS) Maroc. 1. Renseigner pour chaque poste les différents types d’appareillages du projet. 2. Renseigner les quantités et les puissances unitaires de chaque appareillage. 3. Calculer la puissance totale de chaque appareillage. 4. Renseigner les coefficients normés pour chaque appareillage. 5. Calculer la puissance totale foisonnée de chaque appareillage. 6. Déterminer le niveau de réserve de puissance de l’installation. 7. Calculer la somme totale de l’installation en kW. 8. Convertir la puissance totale de l’installation en kVA à partir du facteur de puissance. 9. En déduire le niveau de tarification à souscrire. Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Bilan du Puissance: Méthodologie 76
  • 77. ‐Codification spécifié par la NF C 15‐100 et la CEI 60 529: Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Degrés de protection des enveloppes matériels: Le code IP 77
  • 78. Codification spécifié par CEI 60 262: Dimensionnement des Eléments d'une Installation Industrielle Degrés de protection des enveloppes matériels: Le code IK 78
  • 79. L’ interconnexion entre les installations privées et le réseau de distribution basse tension, généralement appelé ‟branchement”, fait l’objet d’une norme spécifique: la NF C 14‐100. Cette norme traite de la conception et de la réalisation des installations de branchement à basse tension comprise entre le point de raccordement (PDR) au réseau et le point de livraison (PDL) aux utilisateurs. Elle s’applique aux branchement individuels et aux branchements collectifs. Elle permet de concevoir des installations de branchement jusqu’à 400A, en assurant à tout moment la sécurité des biens et des personnes. A partir du transformateur HTA/BT la distribution publique est limitée en puissance à 250kVA et le neutre du transformateur est relié à la terre suivant le schéma TT ou TN‐S. Le réseau distribue les tensions 230/410 volts avec des tolérances allant de ‐10% à +6%. Tableaux et Armoires Introduction 79
  • 80. Un tableau de distribution est le point d’entrée de l’énergie électrique pour l’installation BT. Le circuit d’arrivée se divise en plusieurs circuits, chacun de ces circuits est commandé et protégé par l’appareillage installé dans le tableau. L’enveloppe du tableau de distribution assure une double protection :  La protection de l’appareillage contre les chocs mécaniques, les vibrations et les autres influences externes (poussières, interférences électromagnétiques, etc.).  La protection des personnes contre les risques de contacts directs et de contacts indirects. La norme CEI 60 439 donne les prescriptions à suivre afin d’améliorer la sûreté de fonctionnement des tableaux en définissant : • Les unités fonctionnelles. • Les formes de séparation des unités fonctionnelles en accord avec les besoins utilisateur. • Les essais de type. Tableaux et Armoires: Distribution Basse Tension: Les tableaux de distribution : 80
  • 81. La séparation des unités fonctionnelles à l’intérieur de l’ensemble permet d’accéder à une unité fonctionnelles sans risque pour les personnes et pour les unités voisines. On distingue 4 formes : • Forme 1: aucune séparation. • Forme 2: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles. • Forme 3: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles et des unités fonctionnelles entre elles. • Forme 4: séparation des jeux de barres des unités fonctionnelles et séparation de toutes les unités fonctionnelles entre elles y compris leurs bornes de sortie. Tableaux et Armoires: Distribution Basse Tension: Les tableaux de distribution : 81
  • 82. 3 technologies de bases sont utilisées pour réaliser les unités fonctionnelles : • Les unités fonctionnelles fixes: aucune intervention de maintenance n’est possible sans procéder au préalable à la mise hors tension du tableau. • Les unités fonctionnelles déconnectables: montée sur une platine amovible et équipée d’un dispositif de sectionnement amont/aval. L’unité complète peut être retirée sans procéder à la coupure du tableau. • Les unités fonctionnelles débrochables en tiroir: le sectionnement électrique et mécanique, en amont et en aval de la fonction est assuré par le débrochage complet en tiroir permettant un remplacement rapide sans mise hors tension au préalable du tableau. Tableaux et Armoires: Distribution Basse Tension: Les tableaux de distribution : 82
  • 83. L’implantation des matériels à l’intérieur du tableau nécessite une étude minutieuse prenant en compte l’encombrement de chaque matériel, les raccordements à réaliser et les distances de sécurité à respecter éviter les dysfonctionnements. L’existence de différents types de tableaux se différencient par le type d’application et par leur principe de réalisation. ‐ On distingue : • Le Tableau Général Basse Tension (TGBT) • Les Armoires ou Tableaux Divisionnaires (AD ou TD). • Les coffrets terminaux Tableaux et Armoires: Distribution Basse Tension: Les tableaux de distribution : 83
  • 84. La NF C 14‐100 constitue le lien entre: les dispositions applicables en amont du point de raccordement (NF C 11‐201) les dispositions applicables en aval du point de livraison (NF C 15‐100) Tableaux et Armoires Introduction 84
  • 85. C’est un branchement pouvant être monophasé ou triphasé. La puissance appelée au point de livraison est limitée par un dispositif approprié (Appareil Général de Commande et de Protection) à la puissance souscrite par l’utilisateur. ‐ L’AGCP assure de façon coordonnée: le sectionnement et la commande la protection contre les surintensités la coupure d’urgence la protection contre les contacts indirects la limitation de puissance ‐ L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs options et niveaux de puissance. ‐ 2 types de branchement sont définis selon l’emplacement du PDL: type 1: lorsque le PDL se situe dans les locaux de l’utilisateur type 2: lorsque le PDL se situe en limite de propriété à proximité du coupe circuit individuel Tableaux et Armoires: Branchement à puissance limité ≤ 36kVA (tarif bleu): 85
  • 86. C’est un branchement triphasé. L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs options et niveaux de puissance. Le Gestionnaire du Réseau de Distribution enregistre, à partir d’un appareil de mesure, la puissance appelée au point de livraison. Le dépassement de la puissance souscrite est alors possible. Le dispositif permettant la gestion de ce branchement comprend: le Coffret de couplage assurant: le comptage de la puissance délivrée le sectionnement de l’installation à partir d’un interrupteur à coupure visible l’ AGCP assurant: le sectionnement et la commande la protection contre les surintensités la coupure d’urgence la protection contre les contacts indirects (par adjonction d’un dispositif différentiel) la limitation de puissance (par adjonction d’un déclencheur) Tableaux et Armoires: Branchement à puissance surveillée de 36 à 250kVA (tarif jaune): 86
  • 87. C’est un branchement triphasé. L’utilisateur a la possibilité de choisir parmi plusieurs options et niveaux de puissance. Dans ce cas, l’installation se voit dotée d’un poste de livraison MT. Avant toute réalisation, l’accord officiel du distributeur d’énergie concernant les éléments constitutifs du poste et ses méthodes d’installation doit être obtenu. Après les essais et le contrôle de l’installation par un organisme agréé, la délivrance d’un certificat de conformité permet la mise sous tension du poste. En fonction de l’architecture du réseau MT, plusieurs solutions de raccordement pourront être adoptées. Conformément à la NF C 13‐100, le poste sera équipé : • D’un transformateur MT/BT • Des organes de protection • Des organes de coupure et de verrouillage • Des organes d’asservissement Tableaux et Armoires: Branchement à puissance surveillée > 250kVA (tarif vert): 87
  • 88. L’alimentation du poste de livraison, depuis le réseau de distribution publique MT peut se faire de plusieurs façons :  Raccordement sur un réseau radial MT (simple dérivation). Le poste est alimenté par une dérivation du réseau.  Raccordement sur une boucle MT (coupure d’artère). L’alimentation du poste est insérée en série sur la ligne du réseau de distribution moyenne tension en boucle et permet le passage du courant de la ligne via un jeu de barres. Ce schéma permet à l’utilisateur de bénéficier d’une alimentation fiable à partir de 2 départs MT, ce qui limite les temps d’interruption en cas de défaut ou de travaux sur le réseau du distributeur.  Raccordement sur 2 câbles MT en parallèle (double dérivation). Lorsqu’il est possible de disposer de 2 câbles souterrains en parallèle pour alimenter le poste, on utilise un tableau MT similaire à celui du poste en coupure d’artère. La principale différence avec le poste en coupure d’artère est que les 2 interrupteurs‐sectionneurs sont inter verrouillés de façon à ce qu’un seul d’entre eux puisse être fermés à la fois. Tableaux et Armoires: Tarif vert – Raccordement au réseau de distribution publique: 88
  • 89. Représentation des principaux types de raccordement: Tableaux et Armoires: Tarif vert – Raccordement au réseau de distribution publique: 89
  • 90. La norme NF C 13‐100 définit le poste HTA à comptage BT par :  Une tension de 1 à 33kV (valeur usuelle 20kV).  Un seul transformateur.  Un courant secondaire au plus égal à 2000A soit une puissance maximale P ≤ 1250kVA sous 20kV.  Un comptage BT fournit par le distributeur d’énergie.  Le raccordement au réseau MT se fera soit par 2 interrupteurs (cellule IM) dans le cas d’un réseau en boucle, soit par 2 interrupteurs verrouillés (cellule DDM) dans le cas d’un réseau en double dérivation.  Une protection transformateur par combiné interrupteur fusible (cellule QM). Tableaux et Armoires: Tarif vert – Le poste de livraison à comptage BT: 90
  • 91. La norme NF C 13‐100 définit le poste HTA à comptage HTA par :  Une tension de 1 à 33kV (valeur usuelle 20kV).  Soit par un transformateur avec courant secondaire > 2000A, soit une puissance maximale P ≥ 1250kVA sous 20kV, soit plusieurs transformateurs.  Un comptage MT (cellule CM et DM).  Le raccordement au réseau MT se fera soit par 2 interrupteurs (cellule IM) dans le cas d’un réseau en boucle, soit par 2 interrupteurs verrouillés (cellule DDM) dans le cas d’un réseau en double dérivation.  Une ou plusieurs protections transformateur par combiné interrupteur fusible (cellule QM). Tableaux et Armoires: Tarif vert – Le poste de livraison à comptage MT: 91
  • 92. Un transformateur est défini par: • ses caractéristiques électriques. • sa technologie. • ses conditions d’utilisation. Connaissant la puissance d’installation, un dimensionnement approprié du transformateur peut être déterminé en tenant compte des possibilités d’amélioration du facteur de puissance, des extensions prévisibles de l’installation, des contraintes d’installation, des puissances nominales existantes. Les caractéristiques électriques d’un transformateur sont définis par: • Sn en kVA • Rapport de transformation m • Isolement des enroulements • Tension primaire – tension secondaire • Rendement η • Pertes joule et pertes fer (hystérésis et courants de Foucault) • Couplage des enroulements • Pertes mécaniques Tableaux et Armoires: Tarif vert – Choix du transformateur MT / BT: 92
  • 93. Il est possible de choisir entre 2 technologies : Le transformateur immergé dans l’huile minérale. Le diélectrique liquide est inflammable et impose l’utilisation d’un dispositif de Détection de Gaz, de Pression et de Température (DGPT). Tableaux et Armoires: Tarif vert – Choix du transformateur MT / BT: Le transformateur sec enrobé. L’isolation des enroulements est réalisée par de la résine. La surveillance de la température des enroulements est réalisée par une sonde thermique. 93