MI IV-201A DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES MAINTENANCE INDUSTRIELLE Niveau IV CAFOC - GIP de l’académie de Lyon 39, rue Pierre Baizet - CP201 - 69336 Lyon cedex 09 04 72 80 51 53 - 04 78 47 27 11 - [email protected] MI IV-201A DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES PROBLEME PROFESSIONNEL : Etre capable de réaliser le dimensionnement d’un transformateur et de réaliser le choix des protections OBJECTIF : Décoder et interpréter toute forme de représentation des circuits de distribution des énergies PRÉREQUIS : Connaissance sur le transformateur Savoir prendre des mesures de tension SÉCURITÉ : Toutes interventions dans l’armoire électrique doivent se faire machine consignée Les câblages se font hors tension Les mesures se font avec du matériel en état (cordons, pointes de touche..) MATÉRIEL ET RESSOURCES NÉCESSAIRES : Système ECOLSAB + dossier technique Transformateur avec bornes de réglages + Platine de câblage Durée de la séquence : 4 heures Durée du module : 12 heures SOMMAIRE : A- Installation situation professionnelle. 1 - Installation problème professionnel 2 - Précautions à prendre 3 - Système support BRéalisation apprentissage. 4 - Dossier apprentissage 5 - Documentation ressources C- Synthèse 6 - Synthèse D - Evaluation 7 - Evaluation éventuelle E - Correction 8 - Correction (sur un autre fichier pour le prof) Auteur : David SKOBE Version : Date et N° Seul l’auteur apporte des modifications. Ce pictogramme indique que cette activité nécessite une évaluation. Lorsqu’il est présent, faites appel à votre formateur 1 MI IV-201A PREPARATION Cette ressource vous propose d’étudier les points suivants : Faire l’inventaire des éléments alimentés par un transformateur Faire l’inventaire des puissances de maintien et d’appel des éléments Déterminer la puissance d’appel du transformateur Déterminer le dimensionnement Déterminer les nouvelles protections à installer 1 – Installation du problème professionnel : Sur le système ECOLSAB, le transformateur de commande T1 est hors service. Avant de le changer, le service maintenance désire vérifier le bon dimensionnement de ce transformateur et le calibrage éventuel des nouvelles protections à installer. L’étude vous est confiée. 2 - Précautions à prendre : Toutes interventions dans l’armoire électrique doivent se faire machine consignée Les câblages se font hors tension Les mesures se font avec du matériel en état (cordons, pointes de touche..) 3 - Support technique : Rappel sur le transformateur Le transformateur est un appareil permettant de transformer une tension en une autre tension. Il modifie uniquement la valeur mais pas sa nature (un courant alternatif reste alternatif). Il se compose de deux bobines de fil placées sur un axe ferromagnétique commun (noyau). Le courant entrant dans la première bobine (primaire) crée un champ magnétique qui produit un courant sortant (secondaire). Le rapport des tensions est égal au rapport des nombres de spires (« tour ») de chacune des bobines. Rapport de transformation = Nb de spires secondaire (Ns) / Nb de spires au primaire (Np) La puissance d’un transformateur s’exprime en VA (Volt-Ampère) ou en KVA. (On parle alors de puissance apparente). La formule de la puissance est : S = U x I. Attention, le transformateur est réversible : si on alimente le secondaire, on va créer une tension au primaire ! 2 MI IV-201A REALISATION APPRENTISSAGE 4 – Dossier apprentissage : 1/ Localisation du transformateur étudié : Retrouver le transformateur T1 dans le dossier ECOLSAB, puis : Indiquer la tension au primaire : 230 Volt Indiquer la tension au secondaire : 24 Volt Indiquer la puissance apparente du transformateur : 160 VA Compléter les cases du cartouche ci-dessous : Entourer le transformateur sur le schéma : Le transformateur correspond aux caractéristiques relevées dans le dossier : OUI NON 3 MI IV-201A 2/ Lister les composants alimentés par le transformateur (Respecter l’ordre d’apparition dans les folios du dossier machine) H11 K02 …H01 Q1 H02 KP031 KP032 H21 KM21 KM22 H22 KA1 KA2 HA1 HA2 KDET HP03 H3 KM3 H31 H4 KA3 HA3 3/ Compléter le tableau suivant permettant de réaliser une synthèse de ces composants (utiliser le dossier machine et le système réel consigné pour retrouver les informations manquantes) : Les cases grisées seront complétées plus tard Nbre Désignation Référence complète Puissance unitaire 12 Voyant AB 1870 3W 3 3 Contacteur moteur Contacteur auxiliaire LC1 D2501 B7 Bien préciser le code de la bobine CA 2 KN 22 B7 Bien préciser le code de la bobine 2 Relais statique ABR – 1E18B 1 Bobine de commande de disjoncteur Sur disjoncteur NS100N 2 Temporisation repos RE5 RB110 BMTQ Consommation ou puissance d’appel : 100 VA Consommation ou puissance de maintien : 8.5 VA Consommation ou puissance d’appel : 30 VA Consommation ou puissance de maintien : 4.5 VA Consommation ou puissance de maintien : 1,5 VA Consommation ou puissance d’appel : 200 VA Consommation ou puissance de maintien : 4.5 VA Consommation ou puissance de maintien : 1,5 VA Mnémonique H11 – H01 - … … - H4 – HA3 KM21- KM22 KM3 K02 – KA1 -KA2 KA3 - KDET Q1 KP031 – KP032 4 MI IV-201A 4/ Préciser la tension et la fréquence d’alimentation des bobines des contacteurs : (voir Documents Ressources DR 1) Tension d’alimentation : 24 Volt Fréquence d’alimentation : 50/60 Hz 5/ Compléter les cases grisées du tableau Question 3 (voir DR 1) 6/ Réaliser l’étude du dimensionnement du transformateur en suivant la démarche fournie (Lire attentivement le Document Ressource DR2 avant de débuter): a/ Déterminer la puissance d’appel (Pa) : Rappel : Pappel = 0.8 x (Σ Pm + Σ Pv + Pa) • Calculer la somme des puissances de maintien (Σ Pm) des contacteurs, en complétant le tableau : Type Nombre Puissance de maintien Total LC1 D2501 B7 3 8.5 25.5 CA 2 KN 22 B7 3 4.5 13.5 ABR – 1E18B 2 1.5 3 Bobine sur disjoncteur NS100N 1 4.5 4.5 RE5 RB110 BMTQ 2 1.5 3 Total puissance maintien Σ Pm = 49.5 VA • Calculer la puissance totale des voyants (Σ Pv) : Σ Pv = nombre de voyant x Puissance d’un voyant Σ Pv = 12 x 3 Total puissance voyant Σ Pv = • • 36 VA Préciser la puissance d’appel la plus élevée (Pa) : Puissance d’appel Σ Pa = 200 VA Puissance d’appel Pa = 228.4 VA Faire le calcul de Pappel : Pappel = 0.8 x (Σ Pm + Σ Pv + Pa) Pappel = 0.8 x (49.5 + 36 + 200) 5 MI IV-201A b/ Déterminer le dimensionnement du transformateur (DR 2) : (On prendra Pappel = 230 VA) Ici, il s’agit d’un transformateur de commande donc cos φ = 0,5. Indiquer la puissance nominale en VA du transformateur à choisir: Puissance nominale : 100 VA c/ Comparaison avec le transformateur existant : La puissance du transformateur actuel est – inférieure / supérieure - à la puissance nominale trouvée. Les caractéristiques du transformateur actuel - sont / ne sont pas – suffisantes pour cette installation. Rayer les réponses inutiles Dans un soucis d’économie, on va remplacer le transformateur existant par un transformateur de valeur plus faible (100 VA). On va effectuer le choix du nouveau transformateur. 7/ La puissance du transformateur de commande et de sécurité choisi est de 100 VA. • Préciser la référence du matériel (DR 3) : Référence du transformateur choisi : 423 03 8/ Choix des protections du primaire du transformateur (DR 3) Préciser les types possibles de protection au primaire, ainsi que leur valeur : Désignation Type Calibre 1ère possibilité Cartouche Fusible aM 1A 2ème possibilité Disjoncteur C 3A 3ème possibilité Disjoncteur D 1A 9/ Choix des protections du secondaire du transformateur (DR 3&4) En vous aidant des extraits du Catalogue Legrand, compléter les tableaux : Cartouche fusible Disjoncteur Référence Type Taille Calibre 133 04 gG 10 x 38 4A Référence Type de courbe Calibre Caractéristique 063 93 C 8A Uni + neutre 6 MI IV-201A 10/ Utilisation des bornes de réglages (ici +15 V / - 15 V): Les bornes +15 V / - 15 V permettent d’adapter le tension de sortie en fonction de la tension d’alimentation. Plusieurs câblages sont réalisables sur le primaire du transformateur en fonction de la tension réelle. Réaliser les câblages et mesures demandées sur une platine, puis compléter le document. + 15 0V - 15 230V 400V 0V 24V Branchement du primaire Tension trouvée au secondaire Branchement entre +15 V et 230 V Environ 24.5 V Branchement entre 0 V et 230 V Environ 26 V Branchement entre -15 V et 230 V Environ 27.5 V Branchement entre +15 V et 400 V Environ 25 V Branchement entre 0 V et 400 V Environ 26 V Branchement entre -15 V et 400 V Environ 27 V Si la tension d’alimentation est : • plus grande que 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) • égale à 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) • plus petite que 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) 7 MI IV-201A 5 - Documentation – ressources : EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR1) Tableau des caractéristiques des bobines Volts 24 42 48 110 115 220 230 240 380 LC1-D09 …D115 50 Hz B5 D5 E5 F5 FE5 M5 P5 U5 Q5 60 Hz B6 D6 E6 F6 M6 U6 Q6 LC1-D09 …D150 (bobines D115 et D150 antiparasitées d’origine) 50/60 Hz B7 D7 E7 F7 FE7 M7 P7 U7 Q7 400 415 440 500 660 V5 N5 R5 R6 S5 Y5 V7 N7 R7 Tableau des caractéristiques des contacteurs Contacteurs Contacteurs type LC1-D Circuit de commande en courant alternatif Type de contacteurs Caractéristiques du circuit de commande Tension assignée du circuit de commande (Uc) Limites de la tension de commande Bobines 50 ou 60 Hz Bobines 50/60 Hz Consommation moyenne LC1-D09 V 50 ou 60 Hz LC1-D12 0,8 … 1,1 Uc De retombée 0,3 … 0,6 Uc De fonctionnement 0,85 … 1,1 Uc en 60 Hz De retombée 0,3 … 0,6 Uc VA Appel Bobine de 50 Hz Maintien Cos ϕ Bobine 50/60 Hz Bobine de 50 Hz VA VA Cos ϕ Bobine 50/60 Hz VA 50 Hz LC1-D25 90 21 … 660 De fonctionnement à 20°C et à Uc LC1-D18 60 60 60 0,75 0,75 0,75 0,75 70 7 70 7 70 7 100 7,5 0,3 0,3 0,3 0,3 8 8 8 8,5 Contacteurs Contacteurs type CA . -K Circuit de commande en courant alternatif Type de mini-contacteurs auxiliaires Tension assignée du circuit de commande (Uc) Limites de la tension de commande Bobine mono-tension Consommation moyenne à 20 °C et à Uc Dissipation thermique Temps de fonctionnement à 20 °C et à Uc Temps maximal d’immunité aux microcoupure CA2-K CA3-K CA4-K W ms 12 … 690 0,8 … 1,15 Uc ≤ 0,20 Uc 30 VA 4,5 VA 1,3 5 … 15 12 … 250 0,8 … 1,15 Uc ≤ 0,10 Uc 3 VA 3 VA 3 25 … 35 12 … 72 0,7 … 1,30 Uc ≤ 0,10 Uc 1,8 VA 1,8 VA 1,8 25 … 35 ms 10 … 20 30 … 40 30 … 40 ms ms ms 10 … 20 15 … 25 2 10 15 2 10 … 20 15 … 25 2 V Pour fonctionnement Pour déclenchement Appel Maintien Entre excitation bobine et ouverture des contacts « O » Entre excitation bobine et fermeture des contacts « F » Entre excitation bobine et -ouverture des contacts « F » -fermeture des contacts « O » 8 MI IV-201A EXTRAITS DU CATALOGUE LEGRAND (DR 2) Guide de choix d’un transformateur Quel transformateur pour quel circuit ? Chaque circuit a besoin d’une puissance de transformateur spécifique : c’est le dimensionnement. Mais, pour dimensionner un transformateur d’équipement il ne suffit pas d’additionner les puissances des circuits d’utilisation, il faut également tenir compte de la puissance instantanée admissible (puissance d’appel). Comment calculer la puissance et le dimensionnement d’un transformateur ? Pour un équipement comportant des automatismes, la puissance d’un transformateur dépend : • De la puissance maximale nécessaire à un instant donné (puissance d’appel) • De la puissance permanente absorbée par le circuit • De la chute de tension • Du facteur de puissance 1) Déterminer la puissance d’appel 2) Déterminer le dimensionnement du transformateur Pour les transformateurs de commande en particulier, il suffit, à partir de la puissance d’appel à cos ϕ 0,5 de lire le dimensionnement ci-dessous Puissance nominale en VA 40 63 100 160 250 400 630 1000 0,3 100 171 320 770 1000 1700 1800 4100 Puissance instantanée admissible en VA avec cos ϕ de : 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 90 79 70 63 57 147 128 113 100 90 280 240 220 200 180 670 590 520 470 40 860 760 680 610 560 1500 1300 1200 1100 1100 1600 1400 1300 1200 2600 3600 3300 3000 2800 4100 Une puissance d’appel de 460 VA à cos ϕ 0,5 entraîne un dimensionnement minimal de 160 VA Pour déterminer la puissance d’appel, nous tenon compte des hypothèses suivantes : • Deux appels ne peuvent se produire en même tems • Un facteur de puissance cos ϕ de 0,5 à l’enclenchement • 80 % des appareils au maximum sont alimentés en même temps De manière empirique et pour simplifier, cette puissance se calcule selon la formule suivante : Pappel = 0.8 x (Σ Pm + Σ Pv + Pa) Σ Pm : somme de toutes les puissances de maintien des contacteurs Σ Pv : somme de toutes les puissances des voyants Pa : puissance d’appel du plus gros contacteur Exemple : Une armoire des commande de machine-outil comportant : • 10 contacteurs pou moteurs de 4 kW, puissance de maintien 8 VA • 4 contacteurs pour moteurs 18,5 kW, puissance de maintien de 20 VA • 1 contacteur pour moteur 45 kW, puissance de maintien 20 VA, puissance d’appel 250 VA cos ϕ 0,5 • 25 relais de télécommande, puissance de maintien 4 VA • 45 voyants de signalisation, consommation 1 VA Σ Pm = 10 X 8 VA = 4 x 20 VA = 1 X 20 VA = 25 X 4 VA = 80 VA 80 VA 20 VA 100 VA 280 VA Σ Pv = 45 X 1 VA = 45 VA Pa = 250 VA Pappel = 0,8 (280 + 45 + 250) = 460 VA à cos ϕ 0,5 9 0,9 52 88 160 400 520 940 1000 2500 MI IV-201A EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR 3) Transformateur de commande et de signalisation monophasé Transfo de commande et de sécurité Primaire : 230-400 V± 15 V Secondaire : 24 V Puissance en VA Selon IEC et CSA 423 01 423 02 423 03 423 04 423 05 423 06 423 08 423 11 Selon UL Puissance instantanée admissible à cosϕ = 0.5 40 VA 40 63 VA 63 100 VA 100 160 VA 160 250 VA 230 400 VA 330 630 VA 500 1000 VA 500 Transfo de commande et de séparation des circuits Primaire : 230-400 V± 15 V Secondaire : 48 V 40 VA 40 63 VA 63 100 VA 100 160 VA 160 250 VA 230 400 VA 330 630 VA 500 1000 VA 500 423 21 423 22 423 23 423 24 423 25 423 26 423 28 423 30 80 120 260 470 670 1200 1400 3300 79 122 250 550 800 1100 1400 3300 Protections du primaire 230 V mono Puissance (VA) Cart. aM Disj. C 40 1 1 63 1 2 100 1 160 250 400 V mono Disj. D 400 V Tri Cart. aM Disj. C Disj. D Cart. aM 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 2 1 1 6 2 1 2 1 1 2 6 3 1 3 2 1 400 4 10 6 2 6 2 2 630 6 16 6 4 10 3 2 Disj. C Disj. D 6 Protections au secondaire Transfos et protections associées U P 40 VA 63 VA 100 VA 160 VA 250 VA Transfo Cartouche Transfo Cartouche Transfo Cartouche Disjoncteur Transfo Cartouche Disjoncteur Transfo Cartouche Disjoncteur 24 V 48 V 423 01 T2AL 423 02 T 3,15 A L 423 03 133 04 063 93 423 04 133 08 063 93 423 05 133 10 063 94 423 21 T1AL 423 22 T 1,6 A L 423 23 133 02 063 89 423 24 133 04 063 91 423 25 133 06 063 92 24-48 V 424 01 T2AL T1AL 424 02 T 3,15 A L T1,6 A L 424 03 133 04 063 91 133 02 063 89 423 04 133 08 063 93 133 04 063 91 424 05 133 10 063 94 133 06 063 92 115 V 230 V 424 21 T 400 mA L 424 22 T 630 mA L 424 23 133 01 063 88 424 24 133 02 063 89 424 25 133 02 063 89 424 21 T 200 mA L 424 42 T 315 mA L 424 43 133 94 063 86 424 44 133 01 063 88 424 45 133 01 063 88 230 V avec écran 424 61 T 200 mA L 424 62 T 315 mA L 424 63 133 94 063 86 424 64 133 01 063 88 424 65 133 01 063 88 10 MI IV-201A EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR 4) Documentation disjoncteurs Uni + neutre 230 V ~ Intensité nominale (A) 0,5 1 2 3 4 6 8 10 13 16 20 25 32 Courbe type C 063 86 063 88 063 89 063 90 063 91 063 92 063 93 063 94 063 95 063 96 063 97 063 98 063 99 Nombre de module de 17,5 mm 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Unipolaire 230/400 V ~ Courbe type C 063 68 063 69 063 70 063 72 063 74 063 76 063 77 063 78 063 79 063 80 063 81 063 82 063 83 Intensité nominale (A) 1 2 3 6 10 16 20 25 32 40 50 63 80 Nombre de module de 17,5 mm 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,5 Documentation fusibles Cylindres type gG 8,5 x 31,5 Sans voyant 123 01 123 02 123 04 123 06 123 08 123 10 Avec voyant 124 02 124 04 124 06 124 10 123 12 123 16 124 16 Calibre (Ampère s) 1 2 4 6 8 10 10 12 16 10 x 38 Tension ~ (Volts) 400 Pouvoir de coupure (Ampères) Sans voyant Avec voyant 20 000 133 94 133 01 133 02 133 04 134 06 133 08 133 10 133 12 133 16 133 20 133 25 134 02 134 04 134 06 134 08 134 10 134 12 134 16 134 20 134 25 Calibre (Ampère s) 0,5 1 2 4 6 8 10 12 16 20 25 Tension ~ (Volts) Pouvoir de coupure (Amères) 500 100 000 11 MI IV-201A 6/ FICHE DE SYNTHESE ETUDE DE DIMENSIONNEMENT D’UN TRANSFORMATEUR Pour calculer la puissance d’un transformateur, il faut : Déterminer les éléments alimentés par le transformateur Trouver les puissances d’appel et de maintien des contacteurs et les puissances des voyants Réaliser le calcul : Pappel = 0.8 x (Σ Pm + Σ Pv + Pa) pour trouver la puissance d’appel du transformateur Retrouver la puissance nominale du transformateur (tableau du catalogue LEGRAND) 12
