Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Chapitre 1 : Les appareillages électriques Objectifs : Comprendre les fonctions de sectionnement, de commande et de protection, Choisir et dimensionner les appareillages électriques convenables pour une installation électrique. Cours Electricité Industrielle 1 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques I. Introduction La réglementation définit trois fonctions de base pour les appareillages dans la conception d’une installation électrique. 1. Fonction sectionnement Les sectionneurs ont pour but d’ouvrir visiblement en un point quelconque une installation électrique sans charges. 2. Fonction commande Il existe deux types de commande : La commande fonctionnelle et la commande de sécurité. La commande fonctionnelle (service normal) assure la mise en « ON » ou « OFF » d’un système électrique. La commande de sécurité (arrêt d’urgence) assure la mise en « OFF » d’un système électrique lors d’un danger pour les biens ou les personnes. 3. Fonction protection Elle permet de limiter les conséquences destructives ou dangereuses des surintensités ou des défauts d’isolement et de séparer la partie défectueuse du reste de l’installation. L’appareil de protection doit laisser en permanence le courant nominal (In), ainsi que les surintensités normales. Elle doit réaliser la coupure de sécurité et participer à la protection des personnes contre les contacts indirects. On distingue 3 types de surintensités ( I s =λ.I n ): La surcharge faible ( 1<λ<2 ), on utilise des dispositifs thermiques pour leurs protections. La surcharge forte ( 2<λ<10 ), on utilise des dispositifs magnétiques pour leurs protections. Les courts-circuits ( λ>10 ), on utilise des fusibles et dispositifs magnétiques pour leurs protections. Cours Electricité Industrielle 2 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques II. Les appareils de sectionnement 1. Sectionneur C’est un appareil qui permet de séparer (isoler) une partie sous tension en amont d’une partie en aval d’un circuit électrique. L’isolement du circuit se fait à vide par ouverture de tous les conducteurs de lignes (mais pas le conducteur PE). Le sectionneur ne possède pas des pouvoirs de coupure et fermeture. Le verrouillage se fait par un cadenas. Sectionneur triphasé à commande manuelle Sectionneur à levier 3Ph+N avec contact auxiliaire Fig.1.1: Sectionneurs Triphasé 1.1. Sectionneur porte fusible Il permet d’isoler et protéger la partie amont sous tension de la partie aval d’un circuit électrique. Fig.1.2: Sectionneurs triphasés porte fusible Critères de choix d’un sectionneur porte fusible: Calibre et aille. Classe de protection et tension d’emploi, Nombre de pôles. Cours Electricité Industrielle 3 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 1.2. Interrupteur sectionneur Il permet de séparer et d’interrompre (ouvrir ou fermer) manuellement un circuit en charge. Il possède un pouvoir de coupure (Pdc). Interrupteur Interrupteur-Sectionneur Interrupteur-Sectionneur à fusibles Fig.1.3: Interrupteurs-sectionneurs triphasés Choix d’interrupteur sectionneur: Courant et tension d'emploi, Pouvoir de coupure (Pdc): Courant de coupure, Nombre de pôles (tripolaire, bipolaire..). III. Les appareils de protection Les appareils de protection déclenchent en cas des anomalies (surcharges, surintensité, etc.…). Courant d'utilisation Iu Courant de surcharge I min I max Courant de court-circuit I cc I 0 In Courant nominal If Pouvoir de coupure (Pdc ) Courant de fusion (déclenche ment) Fig.1.4: Déclenchement d’un appareil de protection Cours Electricité Industrielle 4 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Caractéristiques: Courant d’utilisation: Iu, Courant nominal:In, Surintensité : Démarrage moteur, Surcharge: Echauffement thermique, Pouvoir de coupure: Courant maximal qu'un dispositif de protection peut couper un circuit Pdc (kA). 1. Le fusible Il protège un circuit électrique contre les courts-circuits par fusion da la partie active du fusible. Il comporte de poutre de silice pour étouffer rapidement l’arc électrique et assurer l’isolement après la coupure. Il existe plusieurs types de fusible. Fig.1.5: Symbole d’un fusible Types : Les cartouches gG (usage industriel) protègent les circuits électriques contre les faibles et fortes surcharges et contre les courts-circuits. Les cartouches aM (Accompagnement Moteur) protègent les circuits électriques contre les fortes surcharges et les courts-circuits. Les cartouches UR (Ultra Rapide) protègent les composants électroniques. Caractéristiques: Tension et courant nominaux: Un, In Courant de non fusion Inf: Courant supporté par le fusible pendant un temps spécifié sans fondre. Courant de fusion If: Courant qui provoque la fusion avant la fin d'un temps spécifié. Cours Electricité Industrielle 5 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Calibres Inf(A) If(A) t(s) < 5A 1.5 2.1 1h 5 à 10A 1.5 1.9 1h 11 à 25A 1.4 1.75 1h 26 à 63A 1.3 1.6 1h 64 à 100A 1.3 1.6 2h 101 à 160A 1.2 1.6 2h 161 à 400A 1.2 1.6 3h Courbes temps de fusion: La courbe de fusion est la caractéristique donnant le temps de fusion en fonction de courant traversant la cartouche. t(s) t(s) tf Pdc I(A) 0 I(A) If 0 1.3 1.6 Fig.1.10: Courbes temps de fusion Cours Electricité Industrielle 6 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 2.Déclencheur (Relais) C’est un appareil de protection qui protège les circuits électriques contre les surcharges, les courts-circuits ou bien tous les deux. Il existe plusieurs types de déclencheurs. Fig.1.11: Relais thermique, magnétique et magnétothermique Fig.1.12: Schéma d’un déclencheur thermique IV. Les appareils de commande et de protection 1. Contacteur magnétique Il permet de commander un circuit électrique en charge à distance, par des impulsions de courants (PB) et il est caractérisé par: Tension et courant nominaux (In, Un), Température ambiante et le courant thermique conventionnel (Ith). Fig.1.13: Contacteur triphasé Cours Electricité Industrielle 7 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Critères de choix d’un contacteur: Nombre de pôles, Courant et tension nominaux, Type d’alimentation de la bobine d’un contacteur (220VAC ; 24VDC), Durée de vie. 2. Discontacteur Il est équipé d’un contacteur plus un déclencheur, il existe plusieurs types de discontacteurs: (Thermique, magnétique et magnétothermique) et unipolaire, bipolaire et tripolaire. Fig.1.14: Discontacteurs thermique, magnétique et magnétothermique 3. Disjoncteur C’est un appareil qui protège un circuit électrique contre les surcharges, les courts-circuits et les défauts d'isolement, par ouverture rapide du circuit en cas de défaut. Il existe plusieurs types de disjoncteurs. 3.1.Disjoncteur thermique Il protège un circuit électrique contre les surcharges de courant (surtension dans un réseau électrique) ou un fort appel de courant lors d’un démarrage d'un moteur. Le déclenchement se fait à Ir =7I n pour un temps compris entre 2s t 10s . Fig.1.15: Disjoncteur thermique triphasé Cours Electricité Industrielle 8 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Courbe de déclenchement d’un disjoncteur thermique: Fig.1.16:Courbe de déclenchement d’un disjoncteur thermique 3.2.Disjoncteur magnétique Il protège un circuit électrique contre les courts-circuits (short circuit). Il existe plusieurs types de disjoncteur magnétique. Fig.1.17: Disjoncteur magnétique triphasé 3 pôles Cours Electricité Industrielle 9 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Critères de choix d’un disjoncteur magnétique: Tension et courant nominaux: (In et Un), Courant de réglage (Ir): Courant supporté par le disjoncteur sans déclenchement et Il est réglé à I r =0.7I n ÷I n pour les déclencheurs thermiques et à I r =0.4I n ÷I n pour déclencheurs électroniques, Courant de fonctionnement ( I m ): Courant de déclenchement d’un disjoncteur pour les fortes surintensités et réglé à Ir =1.5In ÷20In , Pouvoir de coupure ( Pdc ): Courant supérieur ou égale au de court-circuit pour qu'un disjoncteur peut interrompre un circuit électrique sous une tension donnée. Principe de fonctionnement d’un relais magnétique: Le dispositif de protection contre les courts-circuits fonctionne à la base d’un électro-aimant. En fonctionnement normal: Le courant absorbé par le moteur circulant dans la bobine du circuit magnétique est insuffisant pour que le champ magnétique qu’il crée attire le levier. Le circuit électrique est fermé. Fig.1.18: Fonctionnement normal du déclencheur magnétique Cours Electricité Industrielle 10 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques En cas d’un court-circuit: Lors d’une présence d’un court-circuit, le courant augmente très brutalement et sous cet effet la bobine va attirer le levier et ouvrir le disjoncteur durant un temps ( t=10÷20ms ). Une fois le défaut éliminé, on peut réarmer le disjoncteur pour remettre l’installation en service. Fig.1.19: Fonctionnement du déclencheur en présence d’un court-circuit Courbe de déclenchement: Fig.1.20: Courbe de déclenchement d’un disjoncteur magnétique Cours Electricité Industrielle 11 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 3.3.Disjoncteur magnétothermique Il est équipé de deux déclencheurs (thermique et magnétique) et permettant de protéger un circuit électrique contre les courts-circuits et les surcharges de courant. I> I> I> Fig.1.21: Disjoncteur magnétothermique triphasé Critères de choix d’un disjoncteur magnétothermique: Tension et courant nominaux ; Fréquence, Nombre de pôles (unipolaire, bipolaire et tripolaire), Pouvoir de coupure (Pdc), Type de courbe de déclenchement et température ambiante, Courbe de déclenchement d’un disjoncteur magnétothermique: t(s) 1 2 3 I(A) 0 Ir Imag Fig.1.22: Courbe de déclenchement d’un disjoncteur magnétothermique Cours Electricité Industrielle 12 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Les courbes de déclenchement d'un disjoncteur magnétothermique représentent: Les courbes de déclenchement thermique à froid. Les courbes de déclenchement thermique à chaud. Les seuils de fonctionnement du déclencheur magnétique. Interprétations cette courbe: Tant que I<Ir , pas de déclenchement. Si I r <I<I mag , zone de fonctionnement des thermiques. Si I>I mag , zone de fonctionnement du déclencheur magnétique. si I se situe dans la plage Imag, le déclenchement peut être thermique ou magnétique. 3.4.Les normes de différentes courbes Courbe type B: Plage de fonctionnement entre 3 et 5Ir. Ces disjoncteurs protègent les personnes en régime de neutre IT ou TN pour des longueurs de câbles plus importantes Courbe type C: Plage de fonctionnement entre 5 et 10Ir. Ces disjoncteurs conviennent aux installations courantes. Courbe type D: Plage de fonctionnement entre 10 et 14Ir. Ces disjoncteurs sont adaptés aux installations présentant de forts courants d'appel (transformateurs, moteurs ...). Courbe type K: Ces disjoncteurs possèdent un déclenchement thermique plus rapide que les disjoncteurs courbe D. Courbe type MA: Plage de fonctionnement 12Ir. Ces disjoncteurs ne possèdent pas de déclencheurs thermiques. Ils sont utilisés pour la protection des moteurs associés à un dispositif de déclenchement thermique Courbe type Z: Plage de fonctionnement entre 2.4 et 3.6Ir. Ces disjoncteurs protègent les composants électroniques. Cours Electricité Industrielle 13 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques Réglage du déclencheur magnétique Type de courbe I min I max Application B 3.2In 4.8In Grandes longueurs de câbles D ou K 7In 10In Récepteurs classiques MA 10In 14In Fort appel de courant MA Z 12In 2.4In Démarreur de moteur 3.6In Electronique 3.5.Pouvoir de coupure et de fermeture Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur est la valeur maximum de courant d’un court-circuit (présumé) qui peut interrompre un circuit sous une tension. Le pouvoir de fermeture d’un disjoncteur est la valeur de courant permettant de fermer un circuit sous une tension donnée. Exemple: Disjoncteur Multi 9 DPN C 10 Courbe type C Déclenchement du magnétique: 7 à 10I (70 à 100A) en 20ms maximum Déclenchement du thermique: entre 10s et 200s pour 2In (20A). Cours Electricité Industrielle 14 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 3.6.Disjoncteur et interrupteur différentiels Il protège les personnes contre les chocs électriques indirects (régime TT contre les contacts indirects), et protége aussi les équipements électriques. Il est caractérisé par: Tension et courant nominaux; fréquence, Température, Courant différentiel résiduel ou sensibilité (In). Intrrupteur différentiel Triphasé Disjoncteur différentiel Triphasé Fig.1.23: Disjoncteur et interrupteur différentiels Principe de fonctionnement d’un DDR à 2 pôles: Ph I1 PE N IN Déclencheur Torre Id Bobine de détection MAS 1~ Ir Terre Fig.1.24: Schéma d’un disjoncteur différentiel bipolaire Cours Electricité Industrielle 15 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques En fonctionnement normal: Les courants d’entrée et de sortie, sont égaux, on a donc I1 = I N et le flux résultant qui traverse la bobine de détection est nul. En cas de défaut: Un courant de défaut apparaît de valeur Id =I1 - I N et le flux résultant crée un courant Ir qui ouvre le déclencheur. La sensibilité du dispositif différentiel est la valeur du courant de défaut Ir (courant résiduel de défaut), pour que le disjoncteur s’ouvre. Les sensibilités normalisées des disjoncteurs différentiels: In: 10mA; 30mA; 300mA; 500mA; 650mA; 1A; 3A. Les plages de fonctionnement de DRR sont les suivantes : I n 2 Non déclenchement IΔn Déclenchement possible I Déclenchement certain 4. Les appareils de commande manuelle 4.1.Interrupteur Il permet d’établir ou interrompre (fermer ou ouvrir) un circuit électrique d’une façon manuelle. Fig.1.25: Interrupteur unipolaire 4.2.Commutateur Il permet d’établir ou interrompre un ou plusieurs circuits électriques d’une façon manuelle. Il possède plusieurs positions de fonctionnement. Il existe plusieurs types de commutateurs. Fig.1.26: Commutateur va et vient Cours Electricité Industrielle 16 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 4.3.Bouton poussoir et boite à BP C’est un appareil de commande qui ne possède qu’une seule position stable. Il existe plusieurs types de boutons poussoirs (Bush Putton). 53 51 S1 S2 54 52 Fig.1.27: Boutons poussoirs La boite à boutons poussoirs peut être de 2BP (marche et arrêt) ou bien de 3BP (arrêt, marche avant et marche arrière). Fig.1.28: Boite à boutons poussoirs 5. Les appareils de commande automatique 5.1. Les Contacts auxiliaires Ils doivent être montés sur le contacteur, leurs l’ouverture et leurs fermeture sont instantanées. 23 33 43 53 24 34 44 54 Fig.1.29: Contacts auxiliaires Cours Electricité Industrielle 17 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 5.2. Les Contacts auxiliaires temporisés Ils doivent être montés sur des contacteurs magnétiques, leurs l’ouverture ou leurs fermeture sont retardées. 31 43 51 53 32 44 52 54 Fig.1.30 Contacts auxiliaires temporisés 5.3. Le relais auxiliaire à contacts instantanés C’est un appareil possédant un ou plusieurs contacts permettant de commander un ou plusieurs circuits électriques. L’ouverture et la fermeture des contacts se fait d’une manière instantanée. 21 31 41 51 22 32 42 54 A1 A2 Fig.1.31: Relais auxiliaire instantané 5.4. Le relais auxiliaire à contacts temporisés C’est un appareil électrique équipé d’un ou plusieurs contacts permettant de commander un circuit électrique. L’ouverture et la fermeture des contacts se fait d’une manière retardée (différée). 31 43 51 53 A1 A1 A2 32 A2 52 44 54 Fig.1.32: Relais auxiliaires temporisés Cours Electricité Industrielle 18 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques V. Signalisations Les circuits et équipement électriques doivent être signalés par des lampes de signalisation de différents couleurs ou par des appareils de sonores (sonnerie) ou tous les deux en même temps. Fig.1.33: Lampes de signalisation Avertisseur Buzzer Sirène Sonnerie Fig.1.34: Appareils sonores VI. Coffret électrique Le coffret électrique doit être alimenté par un câble de cinq conducteurs (3Ph+N+E) ou quatre conducteurs (3Phases+E) raccordé directement en amont de l'interrupteur sectionneur général. Suivant la fonction et la nature du réseau dans lequel le conducteur est placé, celui-ci a une couleur définie par la norme: Noir: Circuit de puissance (alternatif et continu), Rouge: Circuit de commande (alternatif), Bleu: Circuit de commande (continu), Bleu clair: Neutre des circuits de puissance (quand ils ne sont pas utilisés pour la mise à la terre), Orange: Circuit de commande en permanence sous tension, Vert ou jaune: Protection électrique. Cours Electricité Industrielle 19 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï Chapitre 1 : Les Appareillages Electriques 1. Repérage des conducteurs et de matériels Chaque conducteur doit porter un repère correspondant à celui du schéma électrique. Tous les conducteurs toujours soumis au même potentiel portent un même numéro. 1 3 5 KM 1 2 6 4 Fig.1.35: Repérages des conducteurs 2. Repérage équipotentiel Tous les conducteurs toujours soumis au même potentiel, portent le même numéro. 50 48 49 51 51 KM1 KM 2 51 L1 Fig.1.36: Repérage des équipements de même potentiel Cours Electricité Industrielle 20 Proposé par Mr: SOYED-Abdessamï
