Les protections électriques Souvenez vous....Claude François grand chanteur de variétés françaises. Alors qu'il était en pleine gloire, il est mort, en 1978, électrocuté dans sa salle de bain à la suite d'un contact indirect avec l'électricité. Malheureusement, si la plupart des utilisateurs savent vaguement que l'électricité présente des dangers, très peu sont ceux qui savent exactement quels sont les niveaux de ces dangers. En France, chaque année, c'est plus de 200 personnes qui meurent par l'électricité, directement ou indirectement. La tranche d'âge la plus frappée se situe entre 18 et 30 ans et les ouvriers qualifiés sont les plus vulnérables. En plus des décès dus à l'électricité, il faut rajouter les accidents non mortels ayant entraînés des incapacités permanentes ou temporaires, partielles ou totales, évalués à plus de 3 000 par an. Cette étude, qui traite de la protection contre les risques électriques est divisé en quatre parties, lesquelles vous permettront d'identifier l'origine et les moyens de se protéger contre les dangers de l'électricité. Protection des personnes 1. Introduction Tous les gens sont d'accord sur un point : la sécurité c'est important, et ils ont raison. Les programmes de sécurité implantés dans les usines ont grandement aidé à réduire le nombre d'accidents. Cependant peu importe l'importance des programmes de sécurité mis en place, si vous ne savez pas reconnaître les dangers ni comment vous protégez, tous ces programmes sont inutiles. Cette étude vous permettra donc de vous sensibiliser aux dangers de l'électricité, tels l'électrisation et l'électrocution. Vous verrez également comment vous protéger contre les contacts directs et les contacts indirects. 2. Les dangers de l'électricité a. Terminologie • électrisation : désigne tout accident électrique, mortel ou non, qui va de la simple commotion au choc cardiaque mortel ; • électrocution : désigne un accident mortel d'origine électrique. L'électrocution est le danger électrique qui doit vous préoccuper le plus, car c'est votre vie qui est en jeu. Le danger provient surtout du courant électrique qui passe par le corps. Vous pouvez constater, à la figure ci-dessous, qu'une intensité de 10 mA commence à être dangereuse. Pourtant, l'intensité électrique d'une lampe de poche ordinaire peut atteindre 1 A. Electrisation et intensité : Elle ne peut cependant entraîner la mort d'un individu, car la résistance de la peau humaine est normalement assez grande pour s'opposer fortement au débit de courant électrique. Par exemple, la résistance de la peau d'une main sèche peut dépasser 50 000 . Dans ce cas, il faudrait une tension supérieure à 500 V pour que l'intensité soit suffisamment grande pour être dangereuse : Il est important de noter que la résistance de la peau diminue grandement lorsque la peau est humide ou qu'elle présente des coupures. Cette résistance peut passer de 50 000 à 500 . Dans ce cas, une tension aussi peu élevée que 25 V peut être mortelle. b. Les principales conséquences d'électrisation Les principales conséquences de l'électrisation sont les brûlures et l'arrêt cardiaque. Mais le danger ne vient pas seulement de l'intensité du courant. Les effets provoqués par le passage des électrons au travers de l'organisme dépendent des éléments suivants : - intensité du courant ; nature du courant (alternatif ou continu) ; temps de passage ; trajet dans l'organisme. Le décret du 14 novembre 1988, émanant du Ministère du Travail, de l'Emploi et de la Formation Professionnelle précise la tension limite conventionnelle de sécurité. Selon les locaux elle a pour valeur : - 25 V pour les masses métalliques situées dans les locaux ou emplacements de travail mouillés ; - 50 V pour les autres locaux ou emplacements. Ce décret fixe également le classement des tensions en "domaines" suivant le tableau de la figure suivante. Classement des tensions en "domaines" : 3. Protection contre les contacts directs On appelle contacts directs les contacts avec les parties actives des matériels ou des installations électriques, c'est-à-dire avec des pièces Normalement sous tension. Dans une installation triphasée avec neutre distribué et à la terre du type 220/380 V, ces contacts peuvent s'effectuer : soit entre deux phases 380 V ; soit entre phase et neutre 220 V ; soit entre phase et terre 220 V ; soit entre phase et masse 220 V ; soit entre terre et masse ; soit entre neutre et terre ; Pour protéger les personnes et les animaux domestiques contre ces contacts directs, trois types de protection sont utilisées : - l'isolation ; - la mise en place d'obstacles ; - l'éloignement ainsi que l'utilisation de la très basse tension de sécurité qui rend le contact non dangereux. 4. Protection contre les contacts indirects Ce sont des contacts avec des pièces conductrices "anormalement" sous tension. Ces contacts peuvent se produire soit entre deux masses, soit entre une masse et la terre. Ce type de contact est d'autant plus dangereux qu'il est inattendu et que, de ce fait, on ne prend aucune précaution particulière. Par exemple, porte d'un réfrigérateur en défaut alors que l'on est pieds nus sur un carrelage. Pour lutter contre de tels dangers, une protection rationnelle consiste à : - mettre les masses à la terre : les masses métalliques des appareils électriques doivent être reliées à la terre par un conducteur de protection électrique appelé PE. La prise de terre sera étudiée plus loin ; - relier les masses par des liaisons équipotentielles deux masses voisines reliées à deux prises de terre différentes seront au même potentiel, celui de la terre, tant qu'aucune des deux ne sera en défaut. En cas de défaut portant l'une d'entre elles à un potentiel Uc, un danger apparaît pour une personne qui entrerait simultanément en contact avec ces deux masses. Pour éviter un tel danger, toutes les masses simultanément accessibles devront être reliées entre elles par des liaisons dites "équipotentielles". Dans une installation industrielle ou domestique, on disposera donc d'une prise de terre reliée à une borne de terre par un "conducteur de terre". Les masses de l'installation seront reliées à un "conducteur de protection" (obligatoirement bicolore vert/jaune) lui-même relié à la borne de terre. - installer les protections différentielles : détection du courant de défaut. On complétera la mise à la terre des masses par un dispositif de coupure automatique qui détecte la différence qui peut exister entre les divers courants dans les fils de ligne, donc le courant susceptible de s'écouler vers la terre ou les masses métalliques. Un tel dispositif s'appelle une protection différentielle. (Ex : disjoncteur différentiel, figure suivante). Disjoncteur différentiel bipolaire DDR : Ce dispositif porte le nom de régime de neutre TT car le neutre est mis à la terre (1er T) par le distributeur EDF (Rtd) et les masses sont mises à la terre (2e T) par l'utilisateur (Rtu). Régime TT : neutre relié à la terre, masses reliées à la terre : 5. Les différents régimes de réseaux électriques Il existe plusieurs modes de distribution de l’énergie électrique à partir du réseau national d’électricité. Ils se distinguent par le mode de branchement du neutre et de la terre. Ces différents branchements des réseaux de l’entreprise au transformateur sont appelés des régimes et parfois des schémas. Les significations des lettres sont les suivantes La première lettre donne la situation des masses par rapport à la terre T : liaison directe du neutre à la terre I : absence de liaison directe du neutre à la terre La deuxième lettre donne la situation des masses de l’installation T : liaison des masses à une prise de terre distincte N : liaison des masses au neutre Les trois régimes de neutre : Le réseau de transport et de distribution en France est entièrement réalisé en régime TT. Les installations industrielles séparées du réseau par un transformateur peuvent être réalisées suivant un des trois types ci-après. Le régime TT : Le neutre du secondaire du transformateur HT/BT est relié à la terre (T). Les masses de l'installation sont reliées à la terre (T) par une prise de terre différente de celle du transformateur. La coupure s'effectue au premier défaut d'isolement par un dispositif différentiel. Le régime TN : Le neutre du secondaire du transformateur HT/BT est relié à la terre (T) . Les masses de l'installation sont reliées au neutre par le conducteur de protection (N -C ou N- S) La coupure s'effectue au premier défaut par les protections contre les surintensités. Le régime IT : Le neutre du secondaire du transfo est isolé ou relié à la terre par une grande impédance (I) . Les masses de l'installation sont reliées et mises à la terre (T) par une prise de terre différente de celle du transformateur. La surveillance du premier défaut est assuré par le contrôleur permanent d'isolement. La recherche et l'élimination du premier défaut assure la continuité du service. La coupure se fait au second défaut d'isolement par les dispositifs de protection contre les courtscircuits. Premier défaut : fuite entre une phase et la masse d’un appareil 6. Résumé sur la protection des personnes A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants : - l'électrisation désigne tout accident d'origine électrique mortel ou non, l'électrocution désigne un accident mortel, - le courant électrique présente un danger à partir d'une intensité de 10 mA, mais la nature, le temps de passage et le trajet du courant dans l'organisme ont une influence sur la gravité d'un accident électrique, - la tension de sécurité est de 25 V dans les locaux mouillés, 50 V dans les autres, - on appelle contact direct le contact avec une pièce normalement sous tension ; on s'en protège par l'isolation, l'interposition d'obstacles ou l'éloignement, - on appelle contact indirect le contact avec une pièce accidentellement sous tension ; on s'en protège par la mise à la terre et la liaison des masses métalliques entre elles et par l'installation de protections différentielles. Cette étude vous a permis de connaître la protection des personnes face aux dangers de l'électricité. Habilitations (1) 1. Introduction Le ministère du Travail, de l'Emploi et de la Formation Professionnelle a promulgué le décret 88-1056 du 14 novembre 1988 dans le but d'assurer aux travailleurs (mais les normes vont bien au-delà) dépendant de lui une meilleure prévention vis-à-vis des dangers dus à l'électricité. L'habilitation aux travaux d'ordres électriques ou non électriques en présence de dangers potentiels dus à l'électricité n'est pas exigée par le décret, mais ses différentes contraintes y conduisent et le Carnet UTE C. 18-510 la formalise. L'habilitation est donc la reconnaissance par l'employeur de la capacité d'une personne à accomplir les tâches fixées dans le respect des règles de sécurité dont les prescriptions générales sont contenues dans le Carnet UTE C.18-510. Cette reconnaissance se traduit par un "titre d'habilitation" qui est un support matériel gardé par l'intéressé et comportant toutes les indications sur ce qu'il est autorisé à effectuer. La figure ci-après montre les différentes habilitations du personnel en fonction de sa qualification et des installations. L'employeur ne peut délivrer une habilitation qu'après s'être assuré que l'intéressé a de bonnes connaissances concernant : les dangers de l'électricité ; les méthodes réglementaires pour s'en protéger les méthodes de premières urgences : - sur l'électrisé, - sur début d'incendie d'origine électrique ; les méthodes réglementaires de prévention vis à vis des risques usuellement rencontrés. Tableau des habilitations : Opérations Habilitation du personnel Travaux Hors tension Sous tension Non électricien BO ou HO Exécutant électricien B1 ou H1 B1T ou H1T Chargé de travaux B2 ou H2 B2T ou H2T Chargé de consignations BC ou HC Chargé d'interventions Agent de nettoyage sous tension Interventions du BT BR BC BN ou HN B : basse tension H : haute tension Attribution du personnel habilité Seul le personnel titulaire d'une habilitation appropriée peut être autorisé à : - accéder, sans être accompagné, aux locaux réservés aux électriciens, - effectuer des manœuvres de sécurité, - procéder à une consignation électrique, - diriger et surveiller des interventions ou des travaux, - exécuter lui-même des interventions ou des travaux sur ou à proximité d'installations ou d'équipements électriques. Il est nécessaire d'être habilité pour faire fonctionner une machine ou un autre appareil en utilisant les organes normalement affectés à la commande. 2. Définitions-glossaire d'électricité Conducteur actif : conducteur normalement affecté à la transmission de l'énergie électrique. Exemple : conducteurs de phase ou découlant de la phase et conducteur neutre. Conducteur passif : conducteur qui ne transite de l'énergie électrique qu'en cas de défaut. Les conducteurs de terre, de PE et de PEN sont des conducteurs passifs. Travaux : toutes opérations préalablement étudiées en vue de la réalisation, la modification, l'entretien ou le dépannage d'ouvrages électriques. Interventions : toutes opérations visant à remédier rapidement à un dysfonctionnement. L'analyse se fait sur place. Les interventions sont limitées aux domaines TBT et BT. Consignation : suite des manœuvres destinées à mettre hors tension des équipements, une installation ou une partie d'installation pour qu'on puisse y effectuer des travaux ou des interventions sans risque de maintien ou de retour accidentel de la tension. 3. Les travaux exécutés dans un environnement sous tension En application du décret du 14 nov. 1988, les travaux sous tension ne peuvent être réalisés qu'exceptionnellement et si l'on se trouve dans l'un des trois cas suivants: La mise hors tension de l'installation ou de l'équipement peut mettre en danger la vie ou la santé des personnes. Des nécessités impérieuses d'exploitation empêchent la mise hors tension de l'installation ou de l'équipement : installation à feu continu, processus chimique, etc. mais pas des arrêts occasionnant des pertes d'exploitation. Il faut bien insister sur ce dernier point : les contraintes de production ne sont pas une raison suffisante pour travailler sous tension. La nature même des travaux ou des interventions exige la présence de la tension (vérification des circuits, réglage des relais, ou d'appareils de mesure, recherche et localisation de défauts, etc.). 4. L'environnement L’environnement décrit la façon dont le personnel peut s’approcher des pièces sous tension dans la mesure ou il n’est pas possible de procéder autrement.. Des zones précises ont été définies avec des règles particulières d’accès. a. Zone 1: définition Elle concerne aussi bien les domaines H.T. que B.T. L’opérateur évolue en zone 1: lorsqu’il se trouve d’une part à une distance des pièces nues sous tension supérieure à la distance limite de voisinage (DLV) c’est-à-dire : - 30 cm des pièces nues sous tension en B.T. (< 1000V) ; - 2 m des pièces nues sous tension en H.T. (< 50 kV) ; - 3 m des pièces nues sous tension en H.T. (< 250 kV) ; - 4 m des pièces nues sous tension en H.T. (> 250 kV). dès le franchissement de la limite d’un local ou emplacement d’accès réservé aux électriciens (poste de transformation, armoire), ou hors de ces locaux ou emplacements réservés, dès que la distance par rapport aux pièces nues sous tension est inférieure à 3m (tension inférieure à 50 000 volts). dès le début de l’ascension d’un pylône de ligne en conducteur nu quelle que soit la tension. Accès en zone 1 : Pour entrer en zone 1 le personnel doit être désigné par l’employeur et soit être: habilité pour le domaine de tension ; non habilité mais titulaire d’une habilitation non adaptée au domaine de tension et dans ce cas il doit : - recevoir une consigne écrite ou verbale ; - être surveillé en permanence par une personne habilitée et désignée à cet effet, sauf si la limite de voisinage est matérialisée. b. Zone 2 : définition Elle concerne le domaine Haute Tension (> 1000 volts). Elle est appelée zone de voisinage. Elle est comprise entre : la distance minimale d’approche (D.M.A.) calculée par la formule suivante : D.M.A. = 0,005 Un + g DMA : en mètres Un : tension en Kilo volts g : distance de garde fixée à 0,50 m La D.M.A. ne peut être inférieure à 0,60 m et d’autre part la distance limite de voisinage (D.L.V.) ayant pour valeur : - 2 m pour les tensions inférieures ou égales à 50 kV ; - 3 m pour les tensions inférieures ou égales à 250 kV ; - 4 m pour les tensions supérieures à 250 kV ; Ainsi pour une tension de 100 000 V la D.M.A sera de 1mètre. Accès en zone 2 : Pour entrer en zone 2 il faut remplir les conditions suivantes : être surveillant de sécurité ou responsable des travaux possède une autorisation de travail. Une instruction permanente de sécurité (I.P.S.) ou à défaut une consigne particulière doit être signifiée aux exécutants. Ce document écrit peut figurer sur l’autorisation de travail. Le personnel doit être désigné et autorisé à travailler au voisinage de la haute tension par son habilitation. La zone de travail doit être délimitée. Dans le cas d’une entreprise sous traitante, l’inspection préalable commune devra préciser les limites de la zone de travail et le balisage des voies d’accès. Si le personnel s’approche de la D.M.A., la surveillance permanente doit être assurée par le chargé de travaux (H2V) ou un surveillant de sécurité (H0V minimum). Le décret du 14 novembre 1988 prescrit à l’article 51 l’obligation, dans cette zone, d’une surveillance permanente par une personne avertie des risques présentés par ce type d’installation, désignée à cet effet et qui veille à l’application des mesures de sécurité prescrites. Pour les travaux électriques en zone 2 les habilitations et obligations nécessaires sont : Habilitation : H1 mini avec autorisation de voisinage (H1V) Délimitation de la zone de travail par le chargé de travaux (H2V) Pour les travaux non électriques en zone 2 les habilitations et obligations nécessaires sont : En cas de personnel Habilité H0V mini , la procédure des travaux d’ordre électrique sera appliquée ; si le personnel est non habilité : - un surveillant de sécurité (H0V mini) est désigné, il recevoit l’autorisation de travail et la signe, il assure la surveillance permanente des opérateurs ; - la délimitation de la zone de travail est réalisée suivant les modalités définies par la consigne particulière ou l’I.P.S. établie par l’employeur. c. Zone 3 : définition Elle est définie que pour le domaine Haute Tension (> 1000 volts). Elle est comprise entre : la distance minimale d’approche (D.M.A.) et aux pièces nues sous tension Accès en zone 3 : Dans cette zone les travaux ne peuvent être effectués qu'en appliquant les règles relatives au travaux sous tension. d. Zone 4 : définition Cette zone est définie pour le domaine Basse tension B.T. < 1 000 volts. Elle est comprise entre les pièces nues sous tension et la distance limite de voisinage (D.L.V.) ayant pour valeur 30 cm. Dans cette zone 4, les opérations sont réalisées suivant les règles : - soit des travaux de tension (T.S.T.) nécessitant des habilitations spécifiques - soit des interventions - soit des travaux au voisinage Accès en zone 4 : Les conditions générales à la zone de voisinage B.T. de la zone 4 sont les suivantes : Le responsable de travaux ou le surveillant de sécurité reçoit une autorisation de travail. Une instruction permanente de sécurité (I.P.S.). Ce document écrit peut figurer sur l’autorisation de travail. Le personnel doit être désigné et autorisé à travailler au voisinage de la basse tension. La zone de travail doit être délimitée. Toutes les dispositions doivent être prises pour éliminer les risques de contact (gants, tapis, isolants, outils...). Pour les travaux électriques en zone 4 les habilitations et obligations nécessaires sont : Habilitation : B1 mini avec autorisation de travailler au voisinage (B.I.V.) Le personnel doit être désigné pour le travail à effectuer Le personnel doit avoir reçu l’ordre d’exécution Dans le cas d’une entreprise intervenante, l’inspection préalable commune devra préciser les limites de la zone de travail et le balisage des voies d’accès. Si le personnel d’exécution ne fait pas écran, un balisage doit interdire l’accès des pièces nues sous tension. Pour les travaux non-électriques en zone. Habilitations (2) 1. Introduction Les habilitations et obligations nécessaires sont soit : Habilitation B.0.V. ; Non habilitation et dans ce cas le personnel doit être surveillé en permanence par un surveillant de sécurité habilité B.0.V. minimum. Dans tous les cas, le chef de chantier (B.0.V. minimum) ou le surveillant de sécurité doit avoir reçu et signé l’autorisation de travail. La délimitation de la zone de travail sera effectuée suivant les modalités définies par la consigne particulière ou l’I.P.S. établie par l’employeur. 2. Consignation Après accord avec les personnes qui seront privées d'énergie sur la date et l'heure de la coupure, les mesures à prendre dans l'ordre sont les suivantes : • Coupure : séparation de l'ouvrage de toute source de tension à l'aide des appareils prévus à cet effet. Cette coupure doit affecter tous les conducteurs actifs. Cette séparation doit être obtenue d'une façon certaine. • Condamnation: elle comprend deux parties : - blocage mécanique des organes de commande ou système équivalent. Ce blocage n'est pas exigé en BTA (figure suivante) ; Cadenassage : Cadenassage des équipements Le cadenassage est la méthode la plus efficace pour s'assurer que le travail se fait de façon sécuritaire. Cela consiste d'abord à ouvrir le circuit à l'aide du sectionneur. Une fois cette étape franchie, on doit éviter la remise en fonction du système. Cette manœuvre se fait en plaçant un verrou qu'on maintient en place à l'aide d'un cadenas. Si le travail se fait sur un équipement qui a déjà été cadenassé, vous devez tout de même ajouter votre cadenas en plus de vérifier si l'isolation électrique a été faite correctement. Ne vous fiez jamais aux autres. Votre sécurité c'est votre responsabilité. Trois cadenas de sûreté Trois cadenas avec trois numéros de clefs différents avec disques de condamnation pour éviter toute utilisation intempestive de l'appareil. - signalisation de la coupure par pancarte, macaron… signalant explicitement l'interdiction de manœuvrer. • Vérification d'absence de tension au point de coupure : elle doit se faire en aval immédiat du point de coupure à l'aide d'appareils conçus à cet effet. Cette vérification n'est pas exigée en BT. • Mise à la terre et en court-circuit au point de coupure : la terre doit être reliée à tous les conducteurs actifs. Cette opération n'est pas exigée en BT. • Attestation de première étape de consignation : utilisée dans le cas de la consignation en deux étapes, cette attestation est rédigée par le chargé de consignations et destinée au chargé de travaux (figure suivante). • Identification de l'ouvrage : cette identification doit être réalisée ; soit par le chargé de consignation, soit par le chargé de travaux. • Vérification d'absence de tension au point de travail : elle doit être réalisée sur chacun des conducteurs actifs. • Mise à la terre et en court-circuit au point de travail : doit être réalisée en amont du point de travail et en aval s'il existe un risque de retour. En dehors des règles à adopter imposées par la législation, le bon sens nous dicte l'utilisation d'équipements et de règles générales de sécurité lors de toute intervention sur une installation ou un équipement électrique. 3. Équipement de sécurité La personne qui travaille avec les appareils électriques doit tout mettre en œuvre pour se protéger des dangers qui la guettent. Ainsi, le port des vêtements de sécurité a pour effet de réduire les risques d'accidents graves. Les écoles, comme les usines, exigent le port d'équipement de sécurité tel que les bottes, les lunettes et le casque de sécurité. Il est important de respecter les directives. Les outils de l'électricien doivent également le protéger contre les chocs électriques. Ils doivent donc être isolés à l'aide de caoutchouc aux extrémités sinon d'un autre matériau isolant. Il est aussi important de garder ses outils en bon état. a. Règles générales de sécurité Voici quelques règles de sécurité qu'il est bon de connaître et de retenir lorsqu'on travaille avec l'électricité : ne pas travailler lorsqu'on est fatigué ou sous l'effet d'un somnifère ; ne pas travailler dans un endroit où l'éclairage est déficient ; ne pas travailler dans un endroit humide ; utiliser des outils, équipements ou dispositifs de protection approuvés ; ne pas travailler lorsqu'on est couvert de sueur ou si nos vêtements sont mouillés ; enlever toutes les bagues, bracelets et autres articles en métal ; ne jamais supposer qu'un circuit est hors-tension ; ne jamais modifier les dispositifs de sécurité ; utiliser l'outil approprié au travail à effectuer ; ne pas débrancher les mises à la terre des appareillages. b. Premiers soins à appliquer en cas d'accident électrique Soins aux électrisés, (figure ci-après) : - Brûlures : le traitement des brûlés relève spécifiquement des milieux hospitaliers. Dans l'immédiat, les premiers secours consistent essentiellement à protéger les plaies par pansements secs et stériles, sans application d'aucun produit et sans déshabiller la victime. - Arrêt ventilatoire : pratiquer la méthode de réanimation préconisée (figure 3.9) ; - Arrêt cardiaque : vérifier la respiration et le pouls ; appliquer les méthodes de réanimation cardiaque et de respiration artificielle. Il est important de savoir qu'avant de toucher à une personne électrisée, on doit s'assurer de l'absence de courant. Premiers soins aux électrisés, affiche réglementaire : 4. Résumé sur les habilitations A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants : - L'habilitation est la reconnaissance par l'employeur de la capacité d'une personne à accomplir les tâches fixées dans le respect des règles de sécurité dont les prescriptions générales sont contenues dans le carnet UTE C.18-510. - La consignation est une suite des manœuvres destinées à mettre hors tension des équipements ou une installation pour qu'on puisse y effectuer des travaux ou interventions en toute sécurité. - Les premiers soins à apporter aux électrisés sont consignés sur une affiche réglementaire, mais il est important de savoir qu'avant de toucher un électrisé on doit s'assurer de l'absence de tension. Cette étude vous a permis de connaître la réglementation en ce qui concerne l'habilitation, la consignation et les premiers soins à apporter aux électrisés. Protection des installations 1. Introduction Une installation électrique est constituée de trois éléments qui sont : - une source d'énergie ; - de l'appareillage de contrôle, de commande et des dispositifs de raccordement ; - des récepteurs qui utilisent l'énergie. Tous ces matériels sont sujet à défauts et sensibles aux perturbations internes à l'installation (courts-circuits, surcharges…) et externes (foudre). Il faut donc les protéger, s'en protéger et éviter la propagation d'un défaut. 2. Incendies d'origine électrique Ces incendies représentent en France à peu près un quart du total des incendies. La connaissance des modes d'apparition de ce type d'incendies est importante en vue de leur prévention. Ce sont, soit des échauffements anormaux, soit des étincelles. Mis à part les pompiers ou les équipes spécialisées dans la lutte contre le feu, les travailleurs n'ont à leur disposition que du sable quand il y en a, et des extincteurs de plus ou moins grandes dimensions. Ces extincteurs ont une durée de fonctionnement qui varie entre 20 secondes pour les plus petits à 2 minutes pour les plus gros. Il est donc indispensable d'intervenir le plus vite possible dès le début de l'incendie si l'on veut qu'un extincteur ait une utilité quelconque. a. Interventions sur début d'incendie électrique Si vous n'êtes pas pompier, si vous ne faites pas partie des équipes d'incendie, vous ne devez intervenir que sur un début d'incendie. Il faut prendre toutes les précautions pour que l'intervenant ne devienne pas une victime. Ne pas oublier l'adage suivant concernant le moment d'intervention et les moyens à mettre en œuvre : - à la 1er minute : il suffit d'un verre d'eau ; - à la 2e minute : il faudra un seau d'eau ; - à la 3e minute : il faudra une citerne d'eau ; - à la 4e minute : … "A la grâce de Dieu." Ne pas oublier non plus que plus de 90 % des victimes d'incendie sont intoxiquées par les gaz et non brûlées. On procédera dans l'ordre, aux opérations suivantes : 1. Couper l'arrivée du courant si possible. 2. Alerter ou faire alerter correctement les secours. 3. Mettre un masque à cartouche filtrante s'il y en a. 4. Fermer toutes les ouvertures telles que fenêtres et portes. 5. Ouvrir les exutoires de fumée, s'il y en a. 6. Enfiler des gants isolants, s'il y en a. 7. Choisir l'extincteur et attaquer le feu en respectant les distances d'approche ( zone2 de la figure) suivantes si les pièces électriques sont encore sous tension : - si U 1000 V d 0,50 m ; - si 1000 < U 20 kV d 1 m ; - si 20 kV < U 50 kV d 2 m ; - si 50 kV < U ne pas s'en occuper, les extincteurs à votre disposition seraient sans effet. b. Extincteurs efficaces sur feux d'origine électrique Les renseignements les plus importants contenus dans le cartouche imprimé sur l'extincteur sont de quatre sortes et portés de haut en bas. 1-nom du produit et type de feu susceptible d'être combattu. 2- mode d'emploi. Sur des feux d'origine électrique, on peut utiliser quatre types d'extincteurs, ce sont : • Extincteurs à eau pulvérisée : que ces appareils contiennent ou non des additifs mouillants, il ne faudra les diriger sur le matériel électrique qu'après avoir vérifié que ce jet est bien pulvérisé. Ne pas utiliser sur des installations ou équipements de tension supérieure à la basse tension. D'autre part l'eau ruisselle, et fait des flaques. A déconseiller, mais si on n'a que cela ! • Extincteurs à gaz carbonique liquéfié : Attention ! Ne pas en projeter sur un être vivant, la détente du gaz et la sublimation provoquant un abaissement local de la température à - 78°C. Ne pas placer sa main nue sur le pavillon de détente pour la même raison (brûlures cryogéniques). • Extincteurs à poudre polyvalente ABC : cette poudre chauffée au contact des pièces en combustion fond en créant un film étanche à l'air, séparant ainsi le carburant du comburant. Ne pas en projeter au visage d'un être vivant. • Extincteurs à produits halogénés : produits dérivés d'hydrocarbure. Il sont gazeux et lourds, ils remplissent une salle par le bas. La salle doit rapidement être évacuée. Ce sont des produits très onéreux, surtout utilisés pour la protection des matériels informatiques, ou autres, très onéreux eux aussi. 3. Protection du matériel Les risques, les protections : • Surtension : l'onde de choc extérieure : la foudre peut porter une ligne à un potentiel très élevé (plusieurs milliers de volts). La mise en et hors service de transformateurs ou de grosses installations par EDF peut également générer des surtensions dangereuses. On protège les installations contre ces risques à l'aide de paratonnerres ou de parafoudre en général installés dans les tableaux de distribution. • Les courts-circuits : les courants de court-circuit sont très importants (plusieurs dizaine de fois l'intensité normale) et peuvent générer des accidents suite à : - des échauffements excessifs (risques d'incendie) ; - des efforts mécaniques trop élevés ; La protection contre les courts-circuits se fait à l'aide de : - coupe-circuits à fusibles ; - disjoncteurs et dispositifs magnétiques ; • Les surcharges : sur une machine outil, le blocage de l'outil par une pièce entraîne une surcharge mécanique du moteur et par la même, une surcharge électrique par augmentation du courant. La surcharge électrique est le défaut le plus fréquent et le plus difficile à déceler si elle est temporaire, mais elle peut entraîner un échauffement exagéré de l'ensemble de l'appareillage conduisant à un vieillissement prématuré. La protection est assurée par : - les relais et autres dispositifs thermiques ; - les capteurs de température (isotherme). Remarque : les disjoncteurs magnétothermiques sont constitués à la fois d'un élément de protection magnétique (protection contre les courts-circuits) et d'un élément de protection thermique (contre les surcharges). Disjoncteur magnéto-thermique : Les masses métalliques doivent être reliées à la terre par un conducteur de protection électrique appelé PE de couleur vert/jaune. La prise de terre doit posséder les qualités suivantes : - avoir une résistance la plus faible possible. Cette valeur dépend de la réalisation de la prise de terre, de la nature du sol, etc… - pouvoir transmettre les courants de défaut sans détérioration ; - ne pas créer de situations dangereuses pour le voisinage. Mode de réalisation : Il existe plusieurs modes de réalisation : - boucle à fond de fouille (figure ci-après) ; - conducteur en tranchée ; - piquet de terre. Prise de terre en boucle à fond de fouille : Et des prises de terre de fait : - canalisations métalliques d'eau sous réserve de l'accord du distributeur ; - les gaines de plomb de câbles en contact avec le sol sous réserve de l'accord de l'utilisateur du câble. Il est interdit d'utiliser comme prise de terre les canalisations de gaz, de chauffage central, de fumée ou d'ordures ménagères. 4. Résumé sur la protection des installations A la suite de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants : • Il est indispensable d'intervenir le plus vite possible sur un début d'incendie ; • On peut utiliser sur feux d'origine électrique : - extincteurs à eau pulvérisée (déconseillés), - extincteurs à gaz carbonique liquéfié, - extincteurs à poudre polyvalente ABC (préférable), - extincteurs à produits halogènes ; • Les parafoudres protègent contre les risques de surtension ; • Les fusibles ou les disjoncteurs protègent contre les courts-circuits ; • Les relais de protection thermique protègent contre les surcharges ; • Une prise de terre doit avoir une résistance très faible, transmettre les courants de défaut sans détérioration et ne pas créer de situation dangereuse. Cette étude vous a permis de connaître les interventions sur un début d'incendie et avec quels extincteurs, ainsi que les dispositifs pour protéger une installation contre les surtensions, les courts-circuits ou les surcharges. Résumé sur les protections électriques A la suite de cette étude, vous êtes en mesure de prendre les précautions nécessaires avant toute intervention ou tous travaux sur une installation électrique. Vous devez appliquez et retenir : les risques et les dangers de l'électricité et les moyens mis en œuvre pour assurer la protection contre les contacts directs et contre les contacts indirects avec l'électricité. les habilitations nécessaires pour être autorisé à intervenir sur une installation électrique, la procédure de consignation avant intervention pour assurer la sécurité des intervenants et les premiers soins à apporter aux électrisés. Toutes ces connaissances vous seront utiles dans votre travail en vous permettant d'éviter des accidents graves. la protection des installations avec les premiers gestes à faire en présence d'un début d'incendie et les dispositifs à installer pour assurer la protection contre les surtensions, les courtscircuits et les surcharges. les protections électriques que vous avez apprises, les règles de base en matière de sécurité. Principes généraux de lecture d'un schéma électrique (1) 1. Introduction Lorsqu'on apprend à lire, la première chose qu'on étudie c'est l'alphabet. Nous avons déjà vu celui de l'électricité lors de l'étude sur les principes élémentaires d'électricité, Voyons maintenant les symboles électriques qui sont l'équivalents de l'alphabet de la langue française. Cependant, la seule connaissance de ces divers symboles ne nous permet pas encore de lire un schéma. On doit aussi acquérir les notions qui permettent d'établir des liens entre les symboles. Cette étude vous présentera donc les techniques de base de lecture d'un schéma électrique, depuis un circuit simple jusqu'à un circuit plus complexe. On commencera par faire le lien entre le circuit électrique et le schéma sous forme développée. 2. Le circuit électrique et le schéma développé Jusqu'à présent, vous avez travaillé uniquement avec des circuits électriques simples, car ils sont plus faciles à comprendre. Lorsqu'on ajoute des composants à plusieurs éléments, comme les relais, le circuit devient alors complexe et difficile à lire. La figure suivante montre les équivalences des circuits en série parallèles et mixtes en représentation développée. Relation entre circuit et schéma développé : Il est important de retenir que la source dans le schéma développé, n'est pas représentée par son symbole. On l'identifie plutôt directement par sa valeur. On doit cependant pouvoir déterminer le type de courant ; on utilise donc les lettres CC pour le courant continu et C.A. pour le courant alternatif ou d'autres symboles explicites. Il arrive parfois que l'on rencontre les identifications DC (direct current) et AC (alternative current), qui sont les équivalents anglais. Une autre différence notable est que les schémas développés sont montés sur deux lignes verticales ou horizontales et parallèles qui servent de base pour le montage du circuit. 3. Terminologie et abréviations Avant de procéder à l'élaboration d'un schéma, il serait bon de connaître la terminologie utilisée en électricité. La figure suivante présente le tableau des principaux repères de l'appareillage (publication 750 du CEI). Repérage d'identification des éléments : Lettre Sorte d'élément Exemple A Ensembles/sous-ensembles Laser B Transducteurs Thermostat d'ambiance C Condensateurs D Circuits intégrés E Matériels divers Éclairage, chauffage F Dispositifs de protection Fusibles, relais thermiques G Générateurs Génératrices, alternateurs, piles H Dispositifs de signalisation Voyants, sonneries K Relais/contacteurs L Inductances/réactances M Moteurs N Opérateurs logiques P Instruments de mesure Q Appareils de connexions (circuit de puissance) Sectionneurs, disjoncteurs R Résistances S Appareils de connexions (circuit de commande) T Transformateurs U Modulateurs, convertisseurs V Tubes électroniques, semi-conducteurs W Voies de transmission X Bornes, fiches, socles Y Appareils mécaniques, actionnés électriquement Z Terminaisons/filtres/correcteurs Boutons poussoirs, interrupteurs Câbles, antennes Freins, électrovannes Tout l'appareillage électrique et électromécanique intervenant dans la conception et la réalisation d'automatisme est représenté sous la forme de symboles normalisés et dans un état de repos. Suivant sa fonction, il est identifié par une lettre ou un groupe de lettres et chiffres. Le tableau de la figure ci-dessus représente la lettre servant au repérage d'identification de l'appareillage. Cette lettre est parfois complétée par une 2e pour l'identification de la fonction (ex. : A pour auxiliaire, M pour principale…) et éventuellement d'un numéro permettant de les différencier. Exemples : KM3 : contacteur principal ; KA2 : relais auxiliaire ; F4 : relais de protection thermique. On remarque, sur la figure plus haut, que les deux relais sont désignés respectivement par KA1 et KA2. Quant aux contacts, ils portent la même identification que les relais. Ce repérage d'identification est en général complété par un repérage des contacts (numérotation) et des renvois qui permettent de retrouver facilement toutes les bornes d'un même relais. Cette façon de numéroter les divers composants facilite la compréhension du schéma et évite la confusion. Il est probable que vous rencontrerez des schémas où on utilise une autre méthode d'identification des composants. Principes généraux de lecture d'un schéma électrique (2) 1. Terminologie et abréviations Avant de procéder à l'élaboration d'un schéma, il serait bon de connaître la terminologie utilisée en électricité. La figure suivante présente le tableau des principaux repères de l'appareillage (publication 750 du CEI). Repérage d'identification des éléments : Lettre Sorte d'élément Exemple A Ensembles/sous-ensembles Laser B Transducteurs Thermostat d'ambiance C Condensateurs D Circuits intégrés E Matériels divers Éclairage, chauffage F Dispositifs de protection Fusibles, relais thermiques G Générateurs Génératrices, alternateurs, piles H Dispositifs de signalisation Voyants, sonneries K Relais/contacteurs Les lettres auront généralement un rapport avec la fonction du composant dans le circuit. Numérotation des composants : 2. Elaboration d'un schéma en représentation développée Pour faciliter la compréhension d'un schéma développé, nous élaborerons un circuit en débutant avec un système très simple auquel on ajoutera un composant à la fois. Le schéma de départ sera celui d'un circuit servant à allumer une lampe (figure suivante). Schéma de départ : Le problème avec ce type de système est que la lumière s'allume dès qu'on met la tension et il est alors impossible de l'éteindre. On pourrait résoudre ce problème en ajoutant un bouton-poussoir (figure ci-dessous). Ajout d'un bouton-poussoir : Vous avez maintenant la possibilité, grâce au bouton-poussoir, d'allumer la lumière à volonté. Il suffit en effet d'appuyer sur le bouton pour que la lampe s'allume. Cependant, on doit tenir le bouton enfoncé tant et aussi longtemps qu'on désire que la lumière reste allumée. La façon de résoudre ce problème est d'ajouter un relais qui permettra de maintenir la lumière allumée même si on relâche le bouton-poussoir. La figure suivante montre l'installation du relais et de ses contacts. Ajout d'un relais : Il est à remarquer, sur cette figure, qu'on place un contact normalement ouvert (NO) du relais en parallèle avec le bouton-poussoir. Ce contact se nomme le contact d'auto-alimentation. Lorsqu'on appuie sur le bouton-poussoir, le courant active le relais et entraîne la fermeture des contacts. Le contact auto-alimentation a pour effet d'assurer la continuité du courant, même si on relâche le bouton-poussoir. En effet, le relais demeure activé par ce courant qui passe par le contact plutôt que par le boutonpoussoir. De plus, on ajoute un autre contact NO pour commuter la charge qui dans ce cas-ci est une lampe. Ici encore il y a un problème : on se retrouve presque devant la situation de départ où il était impossible d'éteindre la lumière. Une fois le relais actionné, on ne peut rouvrir le circuit que si on débranche la source. La façon de résoudre ce problème consiste à ouvrir la ligne de la bobine du relais. On le fait habituellement en insérant un bouton-poussoir normalement fermé (NF) tout juste devant le bouton-poussoir de mise en marche (figure 5.7). On peut remarquer, sur ce nouveau schéma, que la nomenclature des boutons-poussoirs a changé pour permettre de les différencier. Notez aussi que l'ensemble des boutons-poussoirs NO et NF se nomme un poste marchearrêt. Ajout d'un bouton-poussoir d'arrêt : Voyons maintenant les étapes du fonctionnement du schéma développé de la figure de la partie 1 : 1e - État initial du circuit : le relais KA est désactivé, donc au repos ; les deux contacts NO du relais KA restent ouverts ; la lampe H est éteinte. 2e - On appuie sur le bouton-poussoir S2 : le courant a le libre passage pour activer le relais KA, ce qui entraîne l'enclenchement du relais et le changement d'état des contacts ; les deux contacts NO du relais KA se ferment ; la lumière H s'allume. 3e - On relâche le bouton-poussoir S2 : le courant passe maintenant par le contact l'auto-alimentation de KA et garde le relais activé ; la lampe H est toujours allumée. 4e. On appuie sur le bouton-poussoir S1 : la continuité du courant vers la bobine du relais KA s'interrompt, ce qui a pour effet de désactiver le relais KA ; les contacts du relais KA reprennent leur état initial, soit NO ; la lampe s'éteint. 5e. On relâche le bouton-poussoir S1 : il est alors possible d'établir une autre séquence de départ par l' intermédiaire du bouton poussoir S2. Il ne faut cependant pas omettre une étape. La lecture d'un schéma développé est relativement simple si on la fait par étape. Le schéma de la figure de la partie 1 s'utilise fréquemment pour la commande des circuits de moteur, à la différence près qu'on utilise plutôt un relais de puissance, appelé contacteur, à la place du relais de commande. Évidemment, le moteur est inséré comme composant de charge à la place de la lampe. 3. Protection du circuit Les schémas développés que nous avons vus jusqu'à maintenant n'étaient composés que de composants actifs, ce qui signifie qu'ils effectuent une opération dans le circuit. On peut également retrouver des éléments de protection comme des sectionneurs, des fusibles et des disjoncteurs. La figure ci-dessous nous montre un schéma auquel on a ajouté les protections électriques. Schéma avec les protections : 4. Résumé sur les principes généraux A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants : - la source, dans un schéma développé, n'est pas toujours représentée par son symbole ; - CC signifie courant continu (anglais DC) ; - C.A. signifie courant alternatif (anglais AC) ; - les abréviations des composants sont normalisées. - lorsqu'il y a plusieurs composants identiques dans un schéma, on emploie une numérotation pour les différencier ; - la lecture d'un schéma développé exige qu'on n'omette pas d'étape. Cette étude vous a permis de connaître les notions de base de la lecture des schémas développés. La lecture d'un schéma électrique La lecture d'un schéma électrique Comme le dit si bien l'adage : "un dessin vaut mieux qu'un long discours". Voilà pourquoi les plans, tout comme les schémas, sont essentiels à la compréhension d'un système complexe, qu'il soit mécanique, hydraulique ou électrique. Il serait en effet très difficile et peu pratique de décrire ces types de circuits par des mots. On risquerait alors de créer de la confusion en plus de causer une énorme perte de temps. Il ne suffit cependant pas, dans le cas d'un schéma, de simplement dessiner ce qu'on pense pour que les autres saisissent d'emblée toute l'information que l'on désire transmettre. Si celui qui tente d'exprimer une idée utilise un langage inconnu de celui qui doit recevoir cette information, il risque d'y avoir une mauvaise transmission des données. Avez-vous déjà essayé de monter un meuble lorsque les instruction sont en suédois ou en japonais ? Il est donc essentiel de connaître les notions de base qui permettent de lire un schéma et de savoir sa relation avec le circuit réel. Cette étude,vous permettra d'apprendre les principes généraux et les schémas de commande et de puissance. Schémas de commande et de puissance 1. Introduction Nous avons vu, à l'étude sur les principes généraux, des exemples de schéma développé. Ceux-ci étant tous reliés à la même source, la commande et la réponse se situent toutes deux sur le même circuit. Il arrive fréquemment que l'on sépare la partie puissance de celle de la commande. La partie commande (ou circuit de commande) sert à établir la séquence de marche et d'arrêt tandis que celle de la puissance (ou circuit de puissance) sert à la commutation des charges et des grands courants. Cela signifie que le schéma sera séparé en deux parties en ayant quand même une interaction entre elles et que l'on appellera schéma de commande et schéma de puissance. On utilise également ce principe en hydraulique, où la pression de pilotage (commande) est plus basse que la pression de travail (puissance). Ainsi, cette étude vous exposera le fonctionnement des schémas de commande et de puissance ainsi que leurs interactions. 2. Parties commande et puissance Il arrive parfois que l'on sépare la partie "commande" de la partie "puissance". Pour bien comprendre la différence entre ces deux schémas, il serait bon de voir des exemples des types de composant que l'on risque de rencontrer dans l'une ou l'autre de ces deux schémas. Le circuit de commande est en général alimenté en TBT par un transformateur de séparation des circuits avec mise à la terre d'une borne du transformateur (figure ci-après). Il peut comprendre des éléments comme des relais, des boutons-poussoirs ou des détecteurs de position. Alimentation du circuit de commande : La figure suivante montre l'exemple d'un schéma où les deux circuits, puissance et commande, sont divisées. Partie puissance et commande : Le circuit de "puissance", pour sa part, sera constitué des composants qui effectuent un travail, tel un moteur ou une lampe, il est en général alimenté en triphasé. Un bon exemple de ce type de division est le schéma d'un circuit de moteur triphasé. La partie commande ne nécessite pas une tension aussi grande que celle nécessaire pour alimenter le moteur. Même si le moteur s'alimente à partir d'une tension triphasée de 400 V, la partie commande peut fonctionner à partir d'une tension aussi basse que 220, 48 ou 24 Vac. On observe que les relais de protection thermique F1 et F2 ont leur organe de commande (contrôle de courant moteur) dans le circuit de puissance et leur contact dans le circuit de commande. Ils coupent l'alimentation de la commande en cas de surcharge, les bobines de KM1 et KM2 ne sont plus alimentées et coupent l'alimentation des moteurs. 3. Interaction entre le circuit de "puissance" et le circuit de "commande" Le bon fonctionnement d'un système dépend de la qualité de la communication entre la commande et la puissance. Pour bien l'observer, on peut diviser le schéma de la figure 5.9 en deux parties. La figure ci-après nous présente un nouveau schéma qui possède les mêmes fonctions en ayant cette fois une séparation entre les circuits de puissance et de commande. Interaction : Contrairement au schéma de la figure suivante, le circuit de la figure qui suivra est commandé à l'aide des relais fonctionnant sous une tension de 24 Vcc. Ceci n'empêche pas les relais de couper une tension de 220 Vca nécessaire à l'alimentation des lampes. Schéma avec les protections : 4. Le lien entre les deux circuits se fait de façon mécanique C'est le mouvement du noyau de la bobine du relais qui active les contacts. Comme ces derniers n'ont pas de lien électrique avec la bobine, ils peuvent être branchés dans des circuits complètement indépendants, comme à la figure ci-après. Comparatifs : 5. Avantages et inconvénients des schémas séparés • Les principaux avantages de séparer les circuits sont de permettre : - l'utilisation de relais plus petit, donc moins coûteux ; - isoler la commande de la puissance ; - implantation facile d'un automate programmable ; - la visualisation des divers éléments du circuit. • Ses principaux inconvénients sont : - d'augmenter la difficulté de suivre les étapes du circuit ; - de nécessiter, la plupart du temps, deux alimentations distinctes. Les appareils de mesure (1) 1. Introduction Connaissez-vous Fernand Bouchard ? Non ! Laissez-moi vous le présenter. Fernand est un mécanicien d'entretien, maintenant âgé de 82 ans, qui profite d'une retraite bien méritée. Vous vous demandez certainement où je veux en venir. Patience… Il y a de cela deux semaines, Fernand discutait avec son petit-fils Nicolas et tentait de lui expliquer comment, dans son temps, on savait travailler. En effet, on n'avait pas besoin d'instruments de mesure perfectionnés pour vérifier si une machine fonctionnait bien. • "Dans mon temps Nicolas, on avait pas besoin d'appareil moderne pour nous dire que tout était correct. On savait observer l'équipement ; on le touchait, on le sentait. C'est ça connaître son métier. • Mais grand-père, moi je travaille avec l'électricité. Je ne peux pas voir, ni sentir et encore moins toucher l'électricité. J'ai besoin de ces appareils pour remplacer mes sens." Cette étude vous donnera l'occasion d'apprendre la description et l'utilisation des divers instruments de mesure. 2. Voltmètre Le voltmètre est l'appareil qui mesure la tension électrique.Le choix du voltmètre dépend du type de tension que l'on doit mesurer. Le voltmètre sera différent selon que l'on doive mesurer une tension continue ou une tension alternative. Il existe deux types de lecture sur les voltmètres, comme sur tous les instruments de mesure d'ailleurs: La lecture digitale utilise un cadran à cristaux liquides (affichage numérique); l'affichage analogique indique la valeur de la tension par le déplacement d'une aiguille. Voltmètre : La majorité des voltmètres possèdent plusieurs échelles de lecture, ce qui permet d'obtenir une lecture plus précise. Il est préférable, lorsqu'on prend une lecture de tension, d'utiliser l'échelle la plus grande pour ensuite la ramener à l'échelle qui offre la lecture la plus précise. a. Prise de lecture La lecture de la tension à l'aide d'un voltmètre se fait en branchant le voltmètre parallèlement à l'endroit où l'on désire prendre une mesure. On remarque, à la figure ci-dessus, que lorsqu'on travaille sur un circuit CC (courant continu), on doit respecter la polarité des éléments. Ainsi, si on obtient une valeur négative on doit interchanger les bornes. Par contre, dans le cas d'un voltmètre C.A. (courant alternatif), il n'est pas nécessaire de tenir compte de la polarité de l'élément car le voltmètre donnera la même valeur, peu importe le sens du branchement. Il est à noter qu'un voltmètre C.A. mesure une valeur de tension efficace. Branchement du voltmètre : b. Calibrage Il arrive parfois que l'on doive calibrer le voltmètre à aiguille. C'est pourquoi, avant chaque utilisation, on recommande de vérifier si l'aiguille est bien en face du zéro. Dans le cas contraire, on devra effectuer l'ajustement à l'aide d'un tournevis (figure ci-dessous). Calibrage : 3. Ampèremètre L'ampèremètre est l'appareil qui mesure l'intensité du courant électrique. Comme le voltmètre, il est préférable de commencer la lecture à l'échelle la plus élevée pour ensuite la ramener à une échelle plus précise et ce, pour ne pas endommager l'appareil. a. Prise de lecture La lecture du courant à l'aide d'un ampèremètre se fait en plaçant l'ampèremètre en série avec la branche du circuit où on désire prendre la mesure (figure ci-après). La procédure à suivre est la suivante : choisir l'ampèremètre (C.A. ou CC) ; enlever la tension dans le circuit ; ouvrir le circuit à l'endroit où on désire prendre la mesure ; brancher l'ampèremètre en série en respectant le sens de la polarité dans le cas d'un ampèremètre CC ; placer le sélecteur d'échelle de lecture à l'échelle la plus grande ; remettre la tension dans le circuit ; ajuster l'échelle de lecture pour obtenir une lecture précise ; enlever la tension dans le circuit ; débrancher l'ampèremètre et refermer le circuit. Mesure de courant : L'ampèremètre doit toujours être branché en série, car sa résistance interne (< 10 ) est très faible. Un branchement en parallèle, où le courant est trop élevé, aurait pour effet de griller cette résistance interne (figure suivante) et d'endommager l'ampèremètre. Branchement de l'ampèremètre : Exemple : 1- Calcul du courant dans l'ampèremètre en série : 2-Calcul du courant dans l'ampèremètre en parallèle : Vous remarquerez que le courant est 100 fois plus élevé en parallèle qu'en série avec une résistance interne de 10 . Ceci aurait pour effet d'endommager l'appareil. b. Pinces ampèremétriques Les pinces ampèremétriques (figure ci-dessous) permettent d'effectuer des lectures de courant sans avoir à ouvrir le circuit. Il suffit d'installer les mâchoires autour du fil pour connaître l'intensité du courant qui passe dans ce fil. Ce type d'appareil ne peut mesurer le courant que dans un seul fil conducteur à la fois. On doit donc séparer les fils avant de prendre une mesure. Comme pour les autres types d'ampèremètre, il est recommandé de le placer à l'échelle de lecture la plus grande avant de prendre une mesure. Ampèremètre à mâchoires : Les appareils de mesure (2) 1. Ohmmètre L'ohmmètre est l'appareil qui sert à mesurer la valeur de résistance d'un composant. Comme pour l'ampèremètre et le voltmètre, il existe des ohmmètres à lecture à aiguille et d'autres à lecture digitale. La mesure de la résistance ne tient pas compte du type de courant qui passe dans le composant. Il n'y a donc pas d'ohmmètre C.A. et CC. a. Prise de mesure Pour effectuer une lecture avec un ohmmètre, il faut le brancher (figure suivante) directement aux bornes du composant préalablement débranché. Il ne faut jamais mesurer une résistance sous tension. La lecture en serait fausse et l'appareil de mesure pourrait être endommagé. Branchement d'un ohmmètre : On doit porter une attention toute particulière à la lecture d'un ohmmètre à aiguille, où l'on retrouve deux types de mouvement (figure suivante) Il faut donc bien observer le cadran avant de lire la valeur de la résistance. b. Ohmmètres à shunt et en série Encore avec cet appareil de mesure, le choix de la bonne échelle de lecture permettra d'obtenir un résultat précis. Pour les appareils à aiguille, les meilleures lectures sont obtenues dans la tranche centrale du cadran. 2. Multimètres Le multimètre (figure ci-dessous) est un appareil qui permet de prendre des lectures de courant, de tension et de résistance. Il s'agit donc d'un ampèremètre, d'un voltmètre et d'un ohmmètre réunis en un seul instrument. Cela permet de prendre différentes lectures sans avoir à manipuler plusieurs appareils de mesure. Multimètres : a. Lecture d'un multimètre analogique La figure ci-dessous montre trois exemples de lecture à l'aide d'un multimètre analogique. Par exemple, si le facteur d'échelle utilisé est de x 100, quelle serait la valeur de la résistance pour les mesures A, B et C ? La façon de procéder consiste à prendre le chiffre obtenu lors de la lecture et de le multiplier par le facteur d'échelle : Résistance = Lecture x facteur d'échelle Les valeurs de résistance illustrées à la figure suivante sont donc de : A : R = 60 x 100 = 6 000 ou 6 k B : R = 17 x 100 = 1 700 ou 1,7 k C : R = 4,5 x 100 = 450 b. Schéma 'un exemple de lecture 3. Résumé sur la description et l'utilisation des appareils de mesure A la suite de cette étude, vous êtes maintenant en mesure de lire à l'aide des divers appareils de mesure. Les points importants à retenir sont : - le voltmètre est l'appareil de mesure de la tension électrique ; - le voltmètre se branche en parallèle avec le composant dans lequel on désire mesurer la tension ; - l'ampèremètre est l'appareil de mesure de l'intensité du courant électrique ; - l'ampèremètre se branche en série à l'intérieur de la branche où on mesure le courant ; - lorsqu'on utilise un voltmètre ou un ampèremètre CC, on doit tenir compte de la polarité des composants ; - les appareils de mesure alternative donnent généralement des valeurs de tension et de courant efficace(0.707 Crête) ; - les pinces ampèremétriques permettent de prendre des mesures de courant sans avoir à ouvrir le circuit ; - l'ohmmètre est l'appareil de mesure de la résistance ; - l'ohmmètre se branche directement aux bornes du composant en prenant soin de bien l'isoler du reste du circuit ; - la mesure de la résistance doit se faire lorsque le composant n'est pas sous tension ; - la lecture des instruments de mesure peut se faire de façon analogique (aiguille) ou digitale (cristaux liquides) ; - il est recommandé de placer l'appareil à l'échelle la plus élevée avant de prendre une mesure. Cela dans le but d'éviter d'endommager l'appareil ; - le calibrage d'un appareil de mesure analogique se fait en effectuant une remise à zéro à l'aide de la vis d'ajustement située à l'avant ; - le multimètre réunit en un seul appareil l'ampèremètre, le voltmètre et l'ohmmètre. Avec cette étude, vous avez appris l'utilisation des appareils de mesure électrique. Les principes élémentaires d'électricité L'histoire de l'électricité n'est pas très ancienne si on la compare à celle de l'homme ou encore à celle de l'Amérique colonisée. Elle a cependant évolué assez rapidement en prenant divers chemins. On peut dire que l'histoire de l'électricité débute avec l'invention, en 1752, du paratonnerre (protection contre l'électricité naturelle) par Benjamin Franklin. La première grande utilisation pratique de cette énergie nouvelle, dans les communications, on la doit à l'invention du télégraphe, par Samuel Morse, en 1837, suivie de celle du téléphone, en 1876, par le Canadien Alexander Graham Bell. Aujourd'hui, l'électricité fait partie de notre quotidien (que peut-on bien faire lors d'une panne d'électricité ?). On l'utilise pour s'éclairer, se chauffer et pour actionner une vaste gamme d'appareils. L'électricité doit sa grande popularité à sa souplesse et à son transport relativement facile, surtout si on la compare à l'énergie mécanique ou à l'énergie thermique. Cette énergie occupe de plus en plus de place dans nos vies et remplace les autres sources, comme c'est le cas pour les automobiles de l'avenir. Cette étude se divise en quatre parties, lesquelles vous permettront d'apprendre et de maîtriser: les lois de base de l'électricité; les types de tensions; les symboles électriques; les circuits de base en électricité. Types de courant et de tension (1) 1. Introduction On retrouve dans l'industrie divers types de courant. Chacun d'eux a ses : • utilités ; • avantages ; • inconvénients. La différence principale entre les divers types de courant se situe sur le plan du mode de production. Vous verrez, dans cette étude : • le courant alternatif monophasé ; • le courant alternatif triphasé ; • le courant continu. 2. Le courant alternatif monophasé Le courant alternatif, comme son nom l'indique, signifie que le sens du courant varie dans le circuit. La figure suivante nous montre la forme la plus utilisée du courant alternatif : - soit l'onde sinusoïdale ; - les ondes carrées et triangulaires. Il importe de connaître quelques éléments concernant l'onde sinusoïdale, telles la période, la fréquence, la tension crête, la tension crête-à-crête et la tension efficace. Ondes alternatives : a. Période et fréquence La période et la fréquence sont des valeurs très liées. La période se défini comme étant le temps que prend une onde alternative pour effectuer un cycle complet. La période est identifiée par la lettre T. Elle se mesure en secondes. La figure suivante présente un exemple d'une onde ayant une période de 0,5 seconde. Période et fréquence : La fréquence, qu'on identifie par la lettre f, est obtenue en comptant le nombre de périodes qu'une onde alternative peut effectuer en une seconde. Cette valeur se calcul donc en périodes par seconde qu'on appelle hertz (Hz). La fréquence de l'onde de la figure ci-dessus est de 2 Hz, c'est-à-dire qu'elle effectue deux périodes dans une seconde. Il existe une relation simple entre la période et la fréquence. f = 1/T Avec : f = fréquence et T = période Si on vérifie avec l'onde de la figure ci-dessus, on observe que la fréquence est de 2 Hz et que la période est égale à 0,5 s. f = 1/T f = 1/0,5 s = 2 Hz La fréquence : Avant la guerre, la production d'électricité s'est développée dans la plus parfaite anarchie avec des fréquences de 15, 25, 412/3, 50 et 52 Hz. Elle a été unifiée après la guerre à 50 Hz en Europe et 60 Hz en Amérique. b. Tension crête, tension crête-à-crête et tension efficace On peut mesurer la tension d'une onde alternative (figure suivante) de trois façons : tension crête, tension crête-à-crête et tension efficace. Tension alternative : La tension crête est définie comme étant la valeur de tension entre la symétrie de l'onde (généralement 0 V) et le maximum de l'onde. La tension crête-à-crête est le double de la tension crête, car elle se mesure entre le maximum et le minimum de l'onde. La tension efficace, contrairement aux deux autres, ne peut s'évaluer en observant l'onde. Elle est cependant la plus souvent utilisée dans l'industrie et dans le public en général. Plusieurs instruments de mesure alternative évaluent la tension efficace. Elle peut être considérée comme étant l'équivalent de l'onde alternative en tension continue. On calcule la tension efficace en multipliant la tension crête par la constante 0,707. (onde sinusoïdale seulement) Ou encore Exemple : On sait qu'EDF fournit, dans nos maisons, une tension efficace de 220 V avec une fréquence de 50 Hz. Quelles sont, dans ce cas, la période et la tension crête-à-crête ? Solution : Calcul de la période : Calcul de la tension crête-à-crête. On commence par calculer la tension crête : Ucrête = Ucrête = On calcule ensuite la tension crête-à-crête. Ucrête-à-crête = 2 Ucrête. Ucrête-à-crête = 2 x 311 V = 622 V. Types de courant et de tension (2) 1. Tension ou courant triphasé L'onde triphasée (figure suivante) est grandement utilisée en industrie pour le fonctionnement des moteurs qui nécessitent une grande puissance. Ce type d'onde est composé de trois ondes alternatives identiques, ayant la même fréquence et la même valeur (tension ou courant) et décalées de 1/3 de période l'une par rapport à l'autre. Ce décalage, que l'on appelle déphasage, se mesure en degré. Une période complète équivaut à 360 degrés. Ainsi, on peut dire que le déphasage entre les trois ondes alternatives est de 120°. Onde triphasée : 2. Mode de production des ondes alternatives Les ondes alternatives sont généralement le résultat de la transformation de l'énergie mécanique grâce à une turbine et une génératrice électrique. L'eau, que ce soit sous forme de liquide ou de vapeur, est le principal élément utilisé pour actionner la turbine qui fait fonctionner la génératrice. La figure suivante présente les divers types de centrale de production d'électricité, classés par grandes familles. Types de centrale électrique : a. La première grande famille, centrales hydroélectriques Elles utilisent l'énergie créée par le mouvement de l'eau pour produire l'électricité. La popularité de ce type de centrale est très grande, surtout dans les Alpes, en raison de ses coûts de fonctionnement relativement bas, de son faible taux de pollution (sauf lors de la mise en chantier) et de la disponibilité de la matière première. b. La deuxième famille, centrales thermiques Elles utilisent aussi l'eau pour actionner ses turbines. Cependant, c'est sous forme de vapeur qu'on emploie l'eau. En effet, on transforme l'eau en vapeur au moyen de la chaleur produite en brûlant soit du pétrole, du charbon ou du gaz naturel, en utilisant la fission de l'atome (réacteur nucléaire) ou en concentrant les rayons du soleil à l'aide de miroirs. c. La dernière grande famille de centrales utilise Elles utilisent le vent pour faire tourner la génératrice. Il n'y a pas, dans ce cas, de turbine. Celle-ci est remplacée par d'immenses pales qui tournent sous l'action d'un vent suffisamment fort. La figure suivante nous montre une augmentation constante de la consommation d'électricité. Consommation mondiale d'électricité : 3. Courant continu Le courant continu est produit par : - une pile ; - ou du courant alternatif qu'on transforme à l'aide d'un redresseur. La pile électrique utilise une réaction chimique pour produire l'électricité. Elle se compose de trois éléments principaux, soit deux électrodes et l'électrolyte (figure cidessous). Pile carbone et zinc : C'est le déplacement des ions positifs et négatifs qui crée le courant électrique constant. La méthode de production de courant continu la plus utilisée est le redressement d'une onde alternative. En effet, il est plus facile et moins dispendieux de transformer le courant alternatif pour produire du courant continu que d'utiliser des piles. 4. Résumé sur les types de courant et de tension A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants : - La période (T) est le temps que prend un onde alternative pour effectuer un cycle complet. - La fréquence (f) est le nombre de périodes qu'une onde alternative effectue en une seconde. - f (Hz) = - La tension crête est la valeur entre la symétrie de l'onde et le maximum de celle-ci. - La tension crête-à-crête est le double de la tension crête. - La tension efficace équivaut à 0,707 de la tension crête. - Le déphasage entre les ondes d'un système triphasé est de 120°, ou 1/3 de période. - Le courant continu est produit à l'aide d'une pile ou par le redressement d'une onde alternative. Cette étude vous a permis de connaître les divers types de tension et leurs caractéristiques. Ces connaissances vous seront utiles pour la compréhension des systèmes électriques. Symboles électriques 1. Introduction En électricité, comme dans plusieurs autres domaines tels l'hydraulique ou le pneumatique, il est nécessaire de simplifier le plus possible les plans pour les rendre simples et faciles à lire. La meilleure façon de simplifier le dessin des divers composants consiste à leur attribuer des symboles. Les symboles électriques sont donc des représentations graphiques normalisées des divers composants électriques. Cette étude vous présente les principaux symboles électriques, lesquels sont divisés en quatre groupes : les sources ; les protections ; les composants de commande ; les composants de puissance. La connaissance de ces symboles vous permettra de bien comprendre les divers plans et schémas que vous aurez à manipuler. 2. Les sources électriques : symboles Les sources électriques, ou alimentations électriques, sont la base d'un circuit. En effet, chaque circuit électrique fonctionnel possède une source de tension ou de courant. La figure suivante fournit les principaux symboles pour représenter une source. Vous remarquerez que les sources de tension alternative sont symbolisées par un cercle à l'intérieur duquel on retrouve la forme de l'onde alternative. Cette onde peut être: sinusoïdale; carrée; triangulaire. La source de tension continue peut être représentée à l'aide d'un cercle ou par des lignes. Il importe de retenir, pour ce type de source, que la polarité positive est représentée par le grand trait et que la polarité négative par le court. Il est à noter que, généralement, la valeur de la tension ainsi que la fréquence pour les ondes alternatives (figure ci-dessous) sont indiquées. Symboles des sources électrique : 3. Les protections a. Symboles Les protections sont les composants d'un circuit électrique qui n'effectuent aucun travail en temps normal. Elles sont placées dans le circuit pour protéger les travailleurs et travailleuses contre les chocs électriques éventuels ou pour éviter les surcharges qui pourraient endommager des éléments coûteux ou difficiles à remplacer. Les principaux symboles des composants de protection sont présentés à la figure suivante. Symboles des composants de protection : b. Définitions • Fusible : Élément de protection contre les courts-circuits possédant un conducteur qui fond lorsque le courant qui le traverse est supérieur à sa valeur de fonctionnement. Le fusible n'est généralement pas réutilisable et il faut le remplacer en entier. • Protection de surcharge thermique d'un moteur : Ce type de protection sert essentiellement à protéger un moteur électrique contre la surcharge. L'augmentation de l'intensité du courant due à la surcharge du moteur provoque l'échauffement et la déformation de l'élément thermique de protection (bilâmes) ; un contact associé à cet élément déclenche le circuit d'alimentation et provoque l'arrêt du moteur. Ce type d'élément peut être ré-enclenché après un certain temps pour permettre une nouvelle utilisation du circuit. • Mise à la terre : Composant d'un système qui se compose généralement d'un fil relié au sol. On a souvent tendance à le négliger. Son rôle consiste à réduire les dangers liés aux chocs électriques. • Disjoncteur : Élément qui interrompt automatiquement le passage du courant lorsque ce dernier excède les limites acceptables. Le disjoncteur remplit donc les mêmes fonctions qu'un fusible, sauf qu'on peut actionner un disjoncteur manuellement. On peut l'actionner pour ouvrir un circuit de même qu'on le ré-enclenche après une ouverture anormale. • Sectionneur : Appareil qui permet de rompre la continuité d'un circuit électrique. Le sectionneur constitue une protection pour la personne qui travaille sur un circuit électrique. En effet, on se sert du sectionneur pour isoler électriquement un circuit de la source qui l'alimente. Il n'a pas de pouvoir de coupure et doit donc être actionné "à vide". 4. Composants de commande Le groupe des composants de commande comprend tous les éléments qu'on utilise pour effectuer les séquences de fonctionnement, comme le départ ou l'arrêt d'un équipement. Cette famille inclut également les instruments de mesure électrique. Vous devez être conscient de la grande quantité de symboles électriques de commande qui existe. La figure ci-dessous présente les principaux symboles que vous aurez à utiliser. Prenez note que les symboles des composants de commande peuvent aussi se répéter dans la catégorie des composants de puissance. L'inverse est aussi vrai. Symboles des composants de commande : 5. Composants de puissance Le dernier groupe de symboles (figure suivante) est composé des divers éléments qui effectuent un travail quelconque. Ce travail peut consister en la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique, lumineuse, thermique ou sonore. La plupart des composants de puissance se définissent aussi comme des éléments terminaux ; c'està-dire qu'ils n'influencent en rien le reste de la séquence électrique. Par exemple, la lampe témoin n'enclenche aucun processus à part d'accomplir l'action d'indiquer ou d'éclairer. Symboles des composants de travail : 6. Résumé sur les symboles électriques A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants : - Les symboles des sources électriques. - Les principaux symboles et la fonction des composants de protection. - Les différents symboles identifiant la commande électrique. - Les symboles représentant les composants de puissance. Cette étude vous a permis de connaître les principaux symboles utilisés en électricité. Ces symboles vous seront d'une grande utilité pour la compréhension des plans et des schémas électriques. Circuits électriques (1) 1. Introduction Lors de la conception d'un circuit électrique, qu'il soit résidentiel ou industriel, il est important de bien savoir quelle sera la réaction de chacun des éléments. Cela permet d'évaluer le type de protection qu'il faudra installer. De plus, on peut, lorsqu'on connaît les principes de base des circuits électriques, calculer quelle sera la consommation moyenne d'un circuit. Cette étude vous présentera aussi les circuits en série, parallèles et mixtes. Loi d'Ohm : Puissance : P = UI = RI2 = Énergie : W = P x t. . 2. Circuits en série et parallèle Il est important, avant d'exprimer les lois et les principes du circuit en série, d'établir la différence entre ce dernier et le circuit parallèle. La figure suivante illustre la différence entre les circuits en série et parallèle. Ainsi, le circuit est dit en série lorsque les composants sont reliés les uns à la suite des autres. Par contre, si deux ou plusieurs éléments ont des points en commun, on les dit en parallèle. Circuits en série et parallèle : a. Propriétés d'un circuit en série Les circuits en série possèdent trois propriétés importantes, à savoir : - le courant est le même dans tous les éléments (Is = I1 = I2 = I3 = I4) ; - la somme des tensions aux bornes des charges est égale à la tension aux bornes de la source (Us = U1 + U2 + U3 + U4) ; - la somme des puissances des charges est égale à la puissance fournie par la source (Ps = P1 + P2 + P3 + P4). Ces propriétés s'appliquent à tous les circuits en série. b. Résistance équivalente en série Le calcul de la résistance équivalente (Req) a pour but de faciliter les calculs de puissance, d'énergie et de courant. Le calcul de la résistance équivalente en série se fait de la façon suivante :Req = R1 + R2 + R3 + … Exemple d'un circuit en série : Exemple: A partir du circuit électrique de la figure 1.26 calculez : a) le courant dans le circuit ; b) la tension dans chaque résistance ; c) la puissance dans chaque résistance ; d) la puissance totale du circuit. Solutions : a) Commencez par calculer la résistance équivalente du circuit, ce qui vous permettra de calculer le courant dans le circuit. Req = R1 + R2 + R3. Req = 6 + 10 + 8 = 24 . On calcule le courant dans le circuit à l'aide de la loi d'ohm : b) Vous pouvez calculer la tension dans chacune des résistances en utilisant la première propriété : Is = I1 = I2 = I3. Donc, si Is = 0,5 A = I1 = I2 = I3. Loi d'ohm U = RI. U1 = R1 I = 6 x 0,5 A = 3 V ; U2 = R2 I = 10 x 0,5 A = 5 V ; U3 = R3 I = 8 x 0,5 A = 4 V. Ces calculs vous permettent de vérifier la deuxième propriété des circuits en série. Us = U1 + U2 + U3 ; 12 V = 3 V + 5 V + 4 V ; 12 V = 12 V. c) Vous connaissez maintenant la tension, le courant et la valeur de chacune des résistances. Vous pouvez donc calculer la puissance dans chacune d'elles à l'aide de la formule : P1 = U1 I = 6 V x 0,5 A = 1,5 W ; P2 = U2 I = 5 V x 0,5 A = 2,5 W ; P3 = U3 I = 4 V x 0,5 A = 2 W. d) Le calcul de la puissance totale dans le circuit peut être fait de deux façons différentes. la première consiste à calculer la puissance de la source : Ps = Us Is. Ps = 12 V x 0,5 A = 6 W. la deuxième méthode utilise la troisième propriété des circuits en série, à savoir : Ps = P1 + P2 + P3 ; Ps = 1,5 W + 2,5 W + 2 W ; Ps = 6 W. c. Propriétés d'un circuit parallèle Les circuits en parallèle possèdent, comme ceux en série, 3 propriétés qui nous aident à effectuer les calculs : - la tension est la même dans tous les éléments (Us = U1 = U2 = U3 = …) ; - la somme des courants de branches est égale au courant de la source (Is = I1 + I2 + I3 + …) ; - la somme des puissances des charges est égale à la puissance fournie par la source (Ps = P1 + P2 + P3 + …). Vous remarquerez que la troisième propriété est identique à celle énoncée pour les circuits en série. Ces 3 propriétés s'appliquent à tous les circuits parallèles. circuits électriques (2) 1. Résistance équivalente parallèle Le calcul de la résistance équivalente (Req) parallèle permet de simplifier les calculs de puissance, d'énergie et de courant. On calcule cette résistance de la façon suivante Circuit parallèle : Exemple : A partir du circuit électrique de la figure 1.27, calculez : a) le courant dans chaque résistance ; b) le courant total du circuit ; c) la puissance dans chaque résistance ; d) la puissance totale du circuit. Solutions : a) On sait, grâce à la première propriété, que la tension est la même dans chacune des résistances. On peut donc calculer le courant qui passe dans les trois résistances. Loi d'ohm : . b) Le courant total dans le circuit peut être calculé de deux façons : la première consiste à utiliser la résistance équivalente, la seconde méthode utilise la deuxième propriété des circuits parallèles, Is = I1 + I2 + I3. Is = 2 A + 1,2 A + 1,5 A = 4,7 A. c) La connaissance de la tension et du courant dans chacune des résistances vous permet de calculer la puissance à l'aide de la formule : P=UI P1 = U1 I1 = 12 V x 2 A = 24 W P2 = U2 I2 = 12 V x 1,2 A = 14,4 W P3 = U3 I3 = 12 V x 1,5 A = 18 W d) Comme pour le circuit en série, la puissance totale se calcule de deux façons : la puissance totale que l'on calcule à partir de la source : Ps = Us Is = 12 V x 4,7 A = 56,4 W la puissance totale que l'on calcule à partir de la troisième propriété des circuits en parallèle : Ps = P1 + P2 + P3 Ps = 24 W + 14,4 W + 18 W = 56,4 W 2. Résultats comparatifs en série et parallèle La figure ci-dessous présente un résumé des résultats des exemples vus précédemment. Tableau des résultats : On remarque que : • le courant est identique dans chaque élément d'un circuit en série. • la tension est identique pour chaque élément d'un circuit parallèle. 3. Circuit mixte Un circuit électrique mixte est un circuit dans lequel il y a des parties en série et des parties en parallèle. On doit donc, pour résoudre ce type de circuit, le diviser en petites parties. La figure ci-dessous illustre un circuit mixte que l'on a divisé en différents blocs pour pouvoir le simplifier. Vous avez vu précédemment comment calculer la résistance équivalente (R eq) d'un circuit en série ou d'un circuit parallèle. C'est à l'aide de ces équivalences qu'il est possible de résoudre un circuit mixte. Division d'un circuit mixte : La chose la plus importante à retenir lors de la résolution d'un circuit mixte c'est qu'il faut procéder par étape. Exemple : Trouvez, dans le circuit de la figure ci-dessous, quel courant électrique traverse le moteur. Exemple de résolution : Sachant que: - la résistance du chauffage = 60 = R1 ; - la résistance de la perceuse = 800 = R2 ; - la résistance de la lampe = 100 = R3 ; - la résistance du moteur = 200 = R4. 1-La première étape consiste à symboliser le circuit et à le diviser en blocs afin de simplifier la résolution. Une fois que le circuit est symbolisé, on observe que les résistances R1 et R3 ainsi que R2 et R4 sont parallèles (figure suivante). On unit donc ces résistances pour former deux blocs. Ainsi : - bloc 1 (R1 et R3) ; - bloc 2 (R2 et R4). Symbolisation : 2-On peut calculer la résistance équivalente de chacun des deux blocs : Les valeurs des résistances que l'on a calculées peuvent remplacer les blocs 1 et 2 de la figure cidessus. On obtient, grâce à cette action, un circuit en série (figure ci-après) qui ne comprend que deux résistances, Req1 et Req2. Vous avez vu précédemment comment résoudre ce type de circuit. Circuit simplifié en série : 3-La résistance équivalente du bloc 3 se calcule au moyen des deux résistances Req1 et Req2 en série. Ainsi : Req3 = Req1 + Req2. Req3 = 37,5 + 160 = 197,5 . Cette valeur de résistance vous permet de calculer le courant qui circule dans le circuit. La première propriété des circuits en série vous permet d'affirmer que le courant du circuit est égal à celui qui passe dans Req1 et Req2. 4- Le moteur est situé dans le bloc 2 (figure 1.33). On connaît maintenant l'intensité du courant qui passe dans le bloc ainsi que la résistance équivalente du bloc. La loi d'ohm vous permet alors de calculer la tension aux bornes du bloc 2 : U = Req2 x I ; U = 160 x 0,61 A ; U = 97,6 V. 5- La première propriété du circuit parallèle (U1 = U2 = U3 = Us = …). Vous permet de dire que la tension aux bornes du bloc 2 est la même que la tension aux bornes de la perceuse et du moteur. Il est donc maintenant possible, grâce à la loi d'ohm, de calculer le courant qui passe par le moteur : Im = 0,49 A La procédure semble complexe de prime abord. Mais il est important de bien comprendre que l'on doit diviser le circuit mixte en plusieurs blocs, ce qui facilite la résolution. Le calcul de ce type de circuit est donc relativement long, mais plutôt simple si on divise bien le circuit. 4. Résumé sur les circuits électriques A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants : Un circuit est en série lorsque ses composants sont reliés les uns à la suite des autres. Un circuit est parallèle si deux ou plusieurs éléments ont des points en commun. - Les trois propriétés du circuit en série sont : Is = I1 = I2 = I3… Us = U1 = U2 = U3… Ps = P1 + P2 + P3 … - Les trois propriétés du circuit parallèle sont : Us = U1 = U2 = U3… Is = I1 + I2 + I3… Ps = P1 + P2 + P3 … - La formule de la résistance équivalente d'un circuit en série est : Req = R1 + R2 + R3… - La formule de la résistance équivalente d'un circuit parallèle est : - Pour calculer un circuit mixte, on doit le faire par étape mais en ayant d'abord divisé le circuit en partie série ou parallèle. Résumé sur les principes élémentaires d'électricité A la fin de cette étude sur les principes élémentaires de l'électricité, vous êtes maintenant en mesure d'appliquer les lois et les propriétés de base de l'électricité sur des circuits électriques simples. L'étude sur les lois de l'électricité vous a permis d'apprendre ce qu'étaient le courant, la tension et la résistance. Ces notions furent, par la suite, intégrées à l'utilisation de la loi d'ohm , au calcul de la puissance (P = UI) et à celui de l'énergie (W = Pt). L'étude sur les types de courant et de tension, portant sur les types de courant électrique, vous a appris les particularités des divers types de courant. Vous avez vu que le courant alternatif monophasé était caractérisé par la période et la fréquence , les tensions, crête, crête-à-crête et efficace. Le courant triphasé est composé de trois ondes alternatives, déphasées de 120° ou de 1/3 de période entre chacune d'elles. Le courant continu, le plus simple, est produit grâce à une pile électrique ou est obtenu grâce au redressement d'une onde alternative. L'étude sur les symboles électriques vous a permis de connaître les principaux symboles électriques des sources, des protections, des commandes et des composants de puissance. l'étude sur les circuits électriques vous a donné l'occasion d'appliquer les notions de base de l'étude sur les lois de l'électricité pour résoudre: des circuits électriques en série, parallèles et mixtes. Vous avez vu que pour résoudre les circuits mixtes, on doit les simplifier en bloc, en série ou en parallèle. Vous êtes maintenant prêt à passer à passer à l'étude sur les appareils de mesure, qui traite de l'utilisation des divers instruments de mesure électrique. Mot mystère. Électricité (7 lettres cachées) : Aluminium Énergie Lampe Sectionneur Ampère Fréquence Ohm Tension Condensateur Hz Onde Volt Conducteur Intensité Pile Voltage Courant Interrupteur Polarité - Électron Joule Relais -
