TD MASTER

République du Cameroun
****
Paix – Travail – Patrie
****
Ministère de l’Enseignement Supérieur
****
Université de Maroua
****
Institut Supérieur du Sahel
*****
Département des énergies renouvelables
B.P./P.O. Box : 46 Maroua
Email : [email protected]
Site : http://www.uni-maroua.citi.cm
Republic of Cameroon
****
Peace – Work – Fatherland
****
Ministry of Higher Education
****
The University of Maroua
****
The Higher Institute of the Sahel
*****
Department of renewable energy
TRAVAUX DIRIGES D’INSTALLATION
ELECTRIQUE BASSE TENSION
TD Installation BT/Master I
1
B.1 Etude de la protection des personnes : schéma des liaisons à la terre
Pour cette partie B on fait référence au schéma électrique de distribution
représentant l’alimentation du Téléphérique. (Document technique DT B1)
Hypothèses retenues pour l’étude :
- Le local est du type sec.
- Au secondaire du transformateur le neutre est relié à une prise de terre Rn de résistance 1Ω.
- Les impédances des lignes jusqu’au disjoncteur D12 sont négligées.
- Les impédances des disjoncteurs et des interrupteurs sectionneurs sont négligées (ces organes
sont fermés à l’apparition du défaut).
- La tension entre la phase en défaut et le PE ou le PEN à l’origine du circuit, est prise égale à 80%
de la tension simple nominale.
- Le calcul des longueurs maximales des canalisations sera vérifié à partir de la formule :
Lmax
V
Sph
ρ
m
Imag
: longueur
maximale de la canalisation ( en m ).
0,8 x V x Sph
Lmax =
: tension simple nominale ( en V ).
ρ x (1 + m ) x Imag
: section des conducteurs de phase ( en mm2 ).
: résistivité des conducteurs à température normale.
soit : 22,5x10-3 Ω.mm2/m pour le cuivre et 36x10-3 Ω.mm2/m pour l’aluminium.
: rapport entre section des phases et du conducteur de protection ; m = Sph/Spe.
: courant ( en A ) de fonctionnement du déclencheur magnétique.
B.1.1. A quel type de schéma de liaison à la terre est soumise cette installation? Quelles sont ses
particularités (avantages, contraintes …) ?
B.1.2. Quel(s) appareil(s) de protection faut-il associer à ce schéma de liaison à la terre afin d‘assurer la
protection des personnes ?
TD Installation BT/Master I
B1
2
B.1.3. Un défaut franc apparaît au niveau du coffret sanitaire. La phase 1 du câble U1000R02V 3G2,5
alimentant ce coffret est en contact direct avec la masse métallique.
On désire vérifier si le disjoncteur D12 assure la fonction de protection lors du défaut.
Tracer en rouge sur le schéma ci-dessous, le parcours du courant de défaut noté Id.
400V/230V
D1
L1
L2
L3
N
PEN
PE
D12
C60N C16
Câble cuivre L= 40 m
U1000R02V 3G2,5
Rn
1Ω
Défaut franc
R = 0Ω
Départ ’’coffret
sanitaire’’
B.1.4. Sur le disjoncteur D12, on a relevé les indications suivantes : C60N C16, 230V, 2 pôles.
Que signifie C16 ?
Sur le câble assurant l’alimentation du départ ’’coffret sanitaire’’, on a relevé les données suivantes :
U1000R02V-3G2,5. Que signifie 3G2,5 ?
TD Installation BT/Master I
B2
3
B.1.5. Dessiner le schéma équivalent du circuit parcouru par le courant de défaut noté Id. Indiquer sur ce
schéma les résistances du câble, la masse métallique et la résistance Rn.
Calculer le courant Id.
B.1.6. Calculer la tension de contact Uc.
Y a-t-il danger si une personne venait à toucher le coffret sanitaire ? Justifier votre réponse en
utilisant les documents techniques DT B2 et DT B9.
B.1.7. Avec ce type de schéma, pourquoi doit-on toujours vérifier la longueur maximale des câbles ?
TD Installation BT/Master I
B3
4
B.1.8. Calculer la longueur maximale du câble alimentant le départ ’’coffret sanitaire’’.
B.1.9. Quelles solutions proposeriez-vous si l’on devait dépasser cette longueur ?
B.2 Calcul des courants de court-circuit / Réglage des magnétiques
On souhaite :
- Déterminer le courant de court-circuit triphasé en chaque point du circuit allant :
► du transformateur à l’armoire du téléphérique.
► du groupe électrogène à l’armoire du téléphérique.
- Justifier le réglage des déclencheurs électroniques des appareils D1, D2 et D10 ; vérifier leur
coordination.
Etude de la ligne électrique allant du Transformateur à l’armoire du téléphérique.
B.2.1. A partir du document technique DT B1, indiquer les départs secourus (donner uniquement le
repère des appareils de protection).
TD Installation BT/Master I
B4
5
B.2.2. Donner la définition de Icc3, In et Ib. Pour quelle(s) raison(s) est-il nécessaire de connaître le courant
de court-circuit dans une installation électrique ?
B.2.3. A l’aide du document technique DT B2 et des hypothèses ci-dessous, compléter le tableau n°1
page B6.
Calculer l’intensité de court-circuit aux points A, B et C. Reporter les résultats à la page B7.
Les données et les hypothèses sont les suivantes :
-
la puissance de court circuit Pcc du réseau amont est de 500 MVA.
-
On néglige l’impédance des jeux de barre de l’armoire.
-
Pour les disjoncteurs et l’interrupteur : - on négligera la résistance des pôles.
- la réactance d’un pôle est de 0,15 mΩ.
-
La résistivité du cuivre est de 22,5 mΩ.mm²/m. Diviser la résistance par le nombre de conducteurs
en parallèle.
-
La réactance des câbles unipolaires est de 0,15 mΩ/m par conducteur à diviser par le nombre de
conducteurs en parallèle.
Rappel :
U20
Icc 3 =
3 x
TD Installation BT/Master I
B5
∑ R2 + ∑ X2
6
TABLEAU N°1
Schéma
Partie de l’installation
Résistances (mΩ)
Réactances (mΩ)
Réseau amont
Transformateur
1250 kVA
Câble de liaison
Transformateur TGBT
A
Disjoncteur D1
NS2000N
réglage Ir = 1800 A (cran 0,9)
réglage Isd = 9000 A (cran 10)
réglage Tr à 0,5s
Interrupteur
Sectionneur D3
IN 2000
B
Disjoncteur départ
Téléphérique D10
NS 1600N
réglage Ir à 0,6
réglage Isd à 10
réglage Tr à 0,5s
Câble de liaison
C
Disjoncteur Armoire
Téléphérique
Q1
TD Installation BT/Master I
B6
7
Courant de court-circuit au point A
Courant de court-circuit au point B
Courant de court-circuit au point C
B.2.4. A ce stade de l’étude, quel devra être le pouvoir de coupure des disjoncteurs D1 et D10 ?
Vérifier si les caractéristiques du constructeur sont conformes. (voir document technique DT B4)
Etude de la ligne électrique allant du groupe électrogène à l’armoire du téléphérique
B.2.5. Les faibles courants de court-circuit générés par les groupes électrogènes rendent difficile la
protection des circuits.
Le choix du disjoncteur placé en aval du générateur dépend du courant de court-circuit délivré par le
générateur ainsi que de l’impédance interne de l’alternateur.
Icc3 =
In
X’d
x 100
In
Icc3
X’d
: courant nominal de l’alternateur.
: courant de court-circuit de l’alternateur .
: réactance transitoire exprimée en %.
Calculer le courant nominal de l’alternateur ainsi que le courant de court-circuit au point D.
Compléter la première ligne du tableau n°2 ci-dessous.
TD Installation BT/Master I
B7
8
B.2.6. En vous aidant du document technique DT B3, compléter le tableau n°2 afin de déterminer le
courant de court-circuit au point E ( la valeur du courant de court-circuit au point F est donnée ).
nota : les courants de court-circuit au point F et après le disjoncteur D10 sont supposés identiques.
TABLEAU N°2
Schéma
Partie de
l’installation
GE
Groupe
Electrogène triphasé
Courant de court circuit Icc (kA)
(méthode Icc amont / Icc aval)
S = 800 kVA
U = 400 V
X’d = 16 %
D
E
Câble de liaison
L = 7 m, cuivre,
3 x 1 x 185 mm²
NS1250N
F
Disjoncteur D2
réglage Ir à 0,9
réglage Isd à 5 réglage Tr à 0,5s
Câble de liaison
L = 90 m, cuivre,
3 x 1 x 185 mm²
Icc3 = 6,5 kA ( valeur donnée )
Interrupteur Sectionneur D4
IN 2000
Jeu de barres
NS 1600N
TD Installation BT/Master I
Disjoncteur départ Téléphérique D10
réglage Ir à 960 A (cran 0,6)
réglage Isd à 9600 A ( cran 10)
réglage Tr à 0,5s
B8
9
B.2.7. Le déclencheur Micrologic 2.0 A associé au disjoncteur D2, permet d’assurer les protections contre
les surcharges et les courts circuits.
Justifier les réglages de Ir et de Isd qui sont respectivement 0,9 et 5 (documents techniques DT B5, DT
B6 et DT B7).
B.2.8. Lors du fonctionnement en mode secouru, le courant de défaut maximum peut atteindre 6,5 kA en
aval de D10.
Déterminer le type de sélectivité (TOTALE ou PARTIELLE ) entre D2 et D10.
Justifier votre réponse (document technique DT B8).
TD Installation BT/Master I
B9
10
B.2.9. Lors du fonctionnement en mode normal, le courant de défaut maximum peut atteindre 27,56 kA en
aval de D10.
Déterminer le type sélectivité (TOTALE ou PARTIELLE ) entre D1 et D10.
Justifier votre réponse (document technique DT B8 ).
B.2.10. Vérifier si les protections assurées par les disjoncteurs D1, D2 et D10 sont efficaces aussi bien en
mode secouru qu’en mode normal ? Justifier.
TD Installation BT/Master I
B10
11
TD Installation BT/Master I
DT B1
12
Commande
cellule poste
transformateur
D5
2 x 10 A
Eclairage
Poste
Circuit prises
3G2,5
L = 50 m
cuivre
Q1
Armoire
Auxiliaire
100KVA
3x95+50
D12
C60N
C16
1250 KVA
D13
C60N
C16
Attente lot
sanitaire
Rn
1Ω
4OOV / 2OKV
PEN
Non secouru
Départ coffret
sanitaire
D11
NS 250
3 x 200 A
D1 NS2000N
TNC
Câbles unipolaires cuivre L=10m
4 x 1 x 240mm² par phase
+ 1 x 1 x 185mm² pour PEN
Câbles unipolaires cuivre
4 x 1 x 240mm² par phase
+ 1 x 1 x 185mm² L= 45m
D10
NS 1600N
Machinerie
téléphérique
D3
IN2000
Armoire du
téléphérique
D9
NS 160
3 x 125 A
Armoire AD1
divisionnaire
4G50
D8
5A+N
D4
IN2000
L= 90m
Signalisation
Défaut 3G1,5
Relais bardin
D7
2 x 16 A
30 mA
D2 NS1250N
3 pôles
D6
2 x 10 A
300 mA
Jeu de barres
Groupe de secours
800 KVA
GE
L= 7m
Câbles unipolaires cuivre
3 x 1 x 185mm² par phase
+ 1 x 1 x 95mm² PEN
Selon la tension nominale V0 entre phase et neutre, le temps de coupure maximal des dispositifs
assurant la protection des personnes (en cas de défaut entre une partie active et une masse ou un
conducteur de protection) , doit respecter les valeurs données dans le tableau ci-dessous.
Tableau 41A – Temps de coupure maximal (en secondes) pour les circuits
terminaux. (Norme NF C 15-100)
Temps
de
coupure
(s)
Schéma TN ou
IT
Schéma TT
50 V< V0 ≤ 120 V
alternatif continu
120 V< V0 ≤ 230 V
alternatif continu
230 V< V0 ≤ 400 V
alternatif continu
V0 > 400 V
alternatif continu
0,8
5
0,4
5
0,2
0,4
0,1
0,1
0,3
5
0,2
0,4
0,07
0,2
0,04
0,1
Les temps de coupure ci-dessus sont satisfaits notamment par les dispositifs différentiels non
volontairement retardés ou, lorsque V0 est inférieure ou égale à 230V, de type S.
En pratique les temps de coupure des dispositifs de protection ne sont à prendre en considération que
si ces dispositifs sont de fusibles ou des disjoncteurs dont le déclenchement est retardé.
Lorsque la protection est assurée par d’autres types de disjoncteurs il suffit de vérifier que le courant
de défaut est au moins égal au plus petit courant assurant le fonctionnement instantané du
disjoncteur.
Tableau I : Impédance du réseau amont ramenée au secondaire du
transformateur :
Pcc
Uo
Ra (mΩ)
Xa (mΩ)
250 MVA
237
0,033
0,222
410
0,100
0,700
500 MVA
237
0,017
0,111
410
0,050
0,350
Tableau II : Impédance d'un transformateur :
Tension
U20
=237V
Puissance
Ucc
Rtr
Xtr
Ztr
(KVA)
(%)
(mΩ)
(mΩ)
(mΩ)
25
4
59,7
60
84,6
50
4
23,5
35,2
42,3
100
4
11,79
19,13
22,47
160
4
5,15
13,06
14,04
200
4
3,8
9,87
10,6
250
4
2,92
8,50
8,99
315
4
2,21
6,78
7,13
400
4
1,614
5,38
5,62
500
4
1,235
4,32
4,49
630
4
0,92
3,45
3,57
800
4,5
0,895
3,03
3,16
1000
5,5
0,68
3,01
3,09
1250
1600
2000
TD Installation BT/Master I
DT B2
U20
=410V
Ucc
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4,5
5
5,5
6
6,5
Rtr
(mΩ)
179
70,3
35,30
15,63
11,4
8,93
6,81
5,03
3,90
2,95
2,88
2,24
1,813
1,389
1,124
Xtr
(mΩ)
183
107
57,23
39,02
29,9
25,37
20,22
16,04
12,87
10,25
9
8,10
7,16
6,14
5,34
Ztr
(mΩ)
256
128
67,24
42,03
32
26,90
21,34
16,81
13,45
10,67
9,45
8,405
7,39
6,30
5,46
13
Calcul du Icc d’une installation
Cette méthode rapide, mais approximative, permet de déterminer Icc en un point du réseau connaissant Icc amont ainsi que la
longueur et la section de raccordement au point amont (suivant guide UTE 15-105).
Les tableaux ci-dessous sont valables pour les réseaux de tension entre phases 400V (avec ou sans neutre).
Comment procéder ? Dans la 1er partie du tableau (conducteurs cuivre) ou la 3ème partie du tableau (conducteurs aluminium)
se placer sur la ligne correspondante à la section des conducteurs de phase. Avancer ensuite dans la ligne jusqu’à la valeur
immédiatement inférieure à la longueur de la canalisation. Descendre (cuivre) ou monter (alu) jusqu’à la 2ème partie du
tableau et s’arrêter à la ligne correspondante Icc amont. La valeur lue à l’intersection est la valeur de Icc recherchée.
Exemple : Icc amont = 20 KA, canalisation 3x35mm² cuivre, longueur 17m. Dans la ligne 35mm² la longueur
immédiatement inférieure à 17m est 15m. L’intersection de la colonne 15m et de ligne 20 KA donne Icc aval = 12,3 KA.
Extrait Catalogue SOCOMEC
TD Installation BT/Master I
DT B3
14
Extrait Catalogue SCHNEIDER
DT B4
TD Installation BT/Master I
15
Extrait Catalogue SCHNEIDER
TD Installation BT/Master I
DT B5
16
Extrait Catalogue SCHNEIDER
TD Installation BT/Master I
DT B6
17
Extrait Catalogue SCHNEIDER
TD Installation BT/Master I
DT B7
18
Extrait Catalogue SCHNEIDER
TD Installation BT/Master I
DT B8
19
Extrait Catalogue SCHNEIDER
TD Installation BT/Master I
DT B9
20
EXERCICE 1 : Départ-moteur
Choisir le contacteur de commande d’un compresseur d’air dont les caractéristiques du
moteur et le mode d’utilisation sont donnés ci-après :
Caractéristiques du moteur : Moteur triphasé à cage; U= 400 V; Pu = 5,5 kW; Cosφ = 0,8, ŋ= 0,83
Mode d’utilisation :
24 heures par jour; 120 manœuvres par heure; 330 jours de travail par an.
Durée du démarrage 4 secondes, facteur de marche 80%; Id/In=5 supposé constant
pendant le démarrage
- On veut que le contacteur puisse travailler pendant 4 sans révision.
1. Déterminer la durée du cycle et le temps de fonctionnement
2. Définir la catégorie d’utilisation
3. Déterminer le nombre de manœuvres entre deux révisions.
4. Calculer l’intensité coupée.
5. Effectuer le choix du contacteur.
6. Choisir la classe du relais thermique, son calibre et son réglage
7. Choisir les fusibles (type et calibre) et vérifier s'il supporte ce démarrage
8. Quel appareil (fusible ou relais thermique) déclenchera en premier et en combien de temps pour
I=5In
TD Installation BT/Master I
21
TD Installation BT/Master I
22
EXERCICE 2 : ventilateur d’un four
Le ventilateur d'un four est entraîné par un moteur absorbant In=12A, durée de démarrage t=5s;
Id=5In (considérée constante pendant le démarrage)
1) Choisir le type de fusible et son calibre:
2) Choisir la classe, le calibre du relais thermique et son réglage
3) Un démarrage de durée t=5s est-il possible?
4) Pour une surintensité de I=2In, quel est le temps de déclenchement du relais thermique?
5) Suite à un court-circuit Icc=140A, quel appareil fonctionnera en premier et en combien de
temps?
6)
le relais thermique pouvant supporter une surintensité de 120A sans être détruit pendant 1s, sa
Coordination avec le fusible est-elle correcte? Justifier
EXERCICE 3 : choix de contacteur
Choisir le contacteur de commande d’un moteur à cage de pont roulant dont les
caractéristiques et le mode d’utilisation sont donnés ci-dessous.
-Caractéristiques du moteur triphasé à cage; U=3 X 400 V; Pu = 22 kW; Cosφ = 0,83; η =
0,8; Id/In= 3,
Caractéristiques d’utilisation: 8 H/jour;5 jours/semaine;150 manœuvres / heure;48
semaines de travail par an
- Lors de la mise en place des charges, l'agent commande le moteur par impulsions, les
coupures ont lieu pendant le démarrage; On veut que le contacteur travaille au moins un an
sans révision.
1. Définir la catégorie d’utilisation
2. Déterminer le nombre de manœuvres entre deux révisions
3. Calculer l’intensité coupée
4. Effectuer le choix du contacteur
Exercice 4:
Dans un atelier, la tension limite de sécurité est UL = 12V. On a mesuré une résistance de
prise de terre de 40 Ω. Quel doit être le calibre du disjoncteur différentiel ?
Exercice 5:
A l ’arrivée de votre installation électrique de régime de neutre TT, vous observez la présence
d ’un disjoncteur différentiel de 650 mA, la tension de sécurité étant de 50 V, quelle doit être
la valeur maximale de la résistance de terre de cette installation ?
TD Installation BT/Master I
23
EXERCICE 6 : canalisations
Un câble en cuivre avec isolant PVC (3P + N) 230/400 V, de 80 m de long est protégé par
des fusibles « gl ». Posé avec quatre autres câbles sur un bloc manufacturé enterré, il est
soumis à une température ambiante de 35° C. L’intensité transportée est de 60 A, le régime de
neutre est TN.
1. Déterminer la section des conducteurs du câble:
2. Comparer la chute de tension avec les normes Par calcul simplifié ou Graphiquement:
3. Contrôler si la protection contre les courts-circuits est assurée:
4. Contrôler si la protection des personnes contre les contacts indirects est assurée.
EXERCICE 6: départ moteur
Démarrage direct d’un moteur asynchrone 2 sens de marche alimente à partir d’un
transformateur de distribution
Transformateur d’alimentation : 160 KVA ; 15kV / 410V ; Ucc = 4% ; protégé par
disjoncteur magnétothermique Q0
Caractéristiques du moteur : P=45 kW ; In=81A; 400V: Id/In = 6,5 ; service continu ;2
sens de marche, par contacteur KM1 et KM2
Canalisation : longueur:100m ; cuivre ; section 50mm²
Questions
a) Les fonctions du départ moteur sont –elles assurées ? Justifier
b) Donner le calibre des disjoncteurs Q0 et Q1
c) Déterminer la chute de tension aux bornes du moteur au démarrage et en régime
d) Déterminer les courants de court-circuit aux bornes du transformateur et du moteur
e) Citer deux protections assurées par les contacteurs ?
f) Choisir les contacteurs KM1et KM2 en catégorie AC3 θa ≤ 55 °C
EXERCICE 7 :
Un câble PR triphasé est tiré sur un chemin de câbles perforés, jointivement avec 3 circuits
constitués :
d’un câble triphasé (1er circuit)
de 3 câbles unipolaires (2ème circuit)
de 6 câbles unipolaires (3ème circuit) : ce circuit est constitué de 2 conducteurs par phase.
La température ambiante est de 40°C. Le câble PR véhicule 23 A par phase. Donner la section du
conducteur en cuivre et en aluminium dans le cas d’une protection par fusible et d’une protection
assuré par disjoncteur.
EXERCICE 8 :
TD Installation BT/Master I
24
Un moteur triphasé 400V de puissance 7,5kW (In= 15A) cosφ=0,85 est alimenté par 80m de câble
cuivre triphasé de section 4mm2
la chute de tension entre l’origine de l’installation et le départ
moteur est évaluée à 1,4%. La chute de tension totale en régime nominal est elle admissible ?
T1
C1
Circuit1
∆U=1,4%
Q1
Tableau2
B2
Q3
Circuit3
C3
M3
x1
Quelle sera la chute de tension au démarrage du moteur on supposera qu’au démarrage le cosφ=0,35
et que le moteur appelle 6 fois le courant nominal.
EXERCICE 9
Soit l’installation électrique
industrielle suivante
alimentant un moteur de puissance 18,5kW
(In=35A, Id=175A) le courant disponible à la source est : 1155A la chute de tension en régime
permanent entre la source et le tableau de distribution est de 2,2%
I=source=1355A
T1
C1
Circuit1
∆U=2,2%
Q1
Tableau2
B2
Q3
Q4
Circuit3
C3
Circuit4
C4
L4
x1
M3
x1
Quelle est la chute de tension au démarrage du moteur (∆U) entre la source et le moteur. Cette chute
de tension est elle admissible ?
EXERCICE 10:
TD Installation BT/Master I
25
Un moteur électrique de puissance 18,5kW ( In=35A) le courant de démarrage étant 5fois le courant
nominal. Le moteur est alimenté par un câble cuivre triphasé de section 10mm2 de longueur 60 m, son
cosφ au démarrage est de 0,45, la chute de tension au dernier niveau de distribution est de 2,4% le
courant à la source est 15 fois le courant de démarrage.
Quelle est la chute de tension en régime établie et la chute de tension au démarrage ?
EXERCICE 11 :
Un départ de coffret, où l'Icc sur le jeu de barres est de 10 kA, alimente des récepteurs dont les
intensités d'emploi sont respectivement de 30 A, 20 A et 10 A en monophasé 230 V. Le schéma de
liaison à la terre l'installation est de type TT. Le départ alimentant ce coffret est situé dans le tableau
amont et protégé par un disjoncteur NC120N bipolaire.
Quel interrupteur différentiel choisir pour l'arrivée du coffret ? Quel sera son calibre et son courant de
court-circuit.
EXERCICE 12:
On se propose d’étudier l’installation suivante en régime de neutre TN. Entre chaque transformateur et le
disjoncteur de source correspondant, il y a 5 m de câbles unipolaires et entre un disjoncteur de source et un
disjoncteur de départ, il ya 1 m de barres en cuivre. Tous les câbles sont en cuivre et la température ambiante est
de 35°C. Les deux transformateurs fonctionnent simultanément.
Caractéristiques des câbles
TD Installation BT/Master I
26
Longueur(m)
Repère câble
IB(A)
Mode de pose
41
S1 cuivre
350
Câble unipolaire PR sur chemin de câbles non perforé avec 4 autres circuits
14
S2 cuivre
110
Câble multipolaire PR sur chemin de câbles perforé avec 2autres circuits
80
S3 cuivre
16
Câble multipolaire PVC en goulotte, parcours horizontal avec 2 autres circuits
28
S4 cuivre
230
Câble multipolaire PR sur tablette perforée avec 2 autres circuits
50
S5 Alu
72
Câble multipolaire PVC fixé sur un mur
75
S6 Alu
23
Câble multipolaire PR seul en conduit encastré dans une paroi
80
S7 Alu
17
Câble multipolaire PR seul en conduit profilé en montage apparent
1) Déterminer les calibres In des déclencheurs des disjoncteurs (compléter le tableau)
Repère disjoncteur
puissance
D0 et D’0
800KVA
Courant d’emploi
Calibre de disjoncteur
D1
D2
D3
17 luminaires/ph de 2x58
D4
D5
37kW
D6
11kW
D7
2) Déterminer les sections de câbles (compléter le tableau)
Repère câble
Calibre(A)
coefficient
Lettre de sélection
Section
(mm2)
S1 en cuivre
S2 en cuivre
S3 en cuivre
S4 en cuivre
S5 en alu
S6 en alu
S7 en alu
3) Déterminer la chute de tension (compléter le tableau)
Repère câble
matière
S1
Section (mm2)
cosφ
longueur
cuivre
0,85
41
S2
cuivre
0,85
14
S3
cuivre
0,85
80
S4
cuivre
0,85
28
S5
Alu
0,85
50
S6
Alu
0,85
75
S7
Alu
0,85
80
TD Installation BT/Master I
∆U(%)
27
4) Détermination des courants de court-circuit (compléter le tableau)
Repère tableau
Repère câble
Section (mm2)
Longueur(m)
A
Icc(A)
38
B
S1
240
41
27,7
C
S2
50
14
18
D
S4
150
28
24,6
NB : seul le support de cours est autorisé
Les calibres des disjoncteurs sont repartis comme suit : 6,10,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,400,
600, 1250,
EXERCICE 13 :
Un circuit alimentant l'installation force motrice d'un local compresseur a les caractéristiques
suivantes : canalisation à l’air libre
Câble U-1000R2V multipolaire, = 125 , câble posé sur chemin de câble perforé jointif avec trois
circuits préexistants et deux couches, température 40°C, neutre non chargé
1) Dimensionner la canalisation pour les deux cas suivants
a) Protection surcharge réalisée par trois fusibles aM,
b) Protection surcharge réalisée par un disjoncteur d'usage général.
2) Dimensionner la canalisation pour le câble U-1000 AR2V
3) Calculer la chute de tension admissible et la puissance dissipée pour le U-1000R2V de 80m
4) Si le compresseur fonctionnait 12h par jour pendant un an quelle sera la perte annuelle en
énergie
EXERCICE 14 :
Soit un ensemble mixte bureaux-atelier d’une usine alimentée en triphasé 230/400V et comportant les
équipements recensés dans le tableau ci-dessus :
noms
équipements
Atelier 1
=0,86 ; = 0,8
• 3 tours de 5kW/400V ;
• 02 perceuses de 2,4kW/400 ;
=0,86 ; = 0,8
• 10 prises de courant 2P+T 10A/16A/230V
• 20 réglettes fluorescentes 2x36W/230V ;
=0,85
Atelier 2
=0,86 ; = 0,9
• Un compresseurs d’air de 20kW/400V ;
• 3 prises de courant 2P+T 10A/16A/230V
• 2 prises de courant 3P+T 20A/400V
• 15 réglettes fluorescentes 2x36W/230V ;
=0,85
Atelier 3
• 03 fours résistifs de 10kW/400V
• 03 ventilateurs industriels de 1,5kW/400V ;
=0,82 ; = 0,76
• 4 prises de courant 2P+T 10A/16A/230V
NB : chaque four fonctionne simultanément avec 1 ventilateur
Bureau
=0,8
• 4 climatiseurs absorbant chacun 2kW/230V ;
=0,5
• 7 brasseurs d’air absorbant chacun 75W/230V ;
• 13 prises de courant 2P+T 10A/16A/230V
TD Installation BT/Master I
28
1) Dresser un schéma clair (en respectant la norme d’installation éléctrique. Exp : 5 prises 2P+T
10A/16A/230V par circuit, une prise de courant 3P+T 20A/400V , 8 point lumineux par
circuit)
2) Dresser le bilan de puissance et choisir le transformateur de puissance nécessaire
EXERCICE 15 :
Calculer les données manquantes dans le tableau suivant. Les étapes de calcul doivent être explicitées
Disposition
l’installation
de
Données
électrotechnique
Réseau amont
AES SONEL
Pcc=500MVA
transformateur
Sn=630kVA
20kV/410V
Ucc=4%
Pcu=5kW
12m unipolaire
cu
2x185mm2/ph
en nappe
câble
Disjoncteur
général
Jeu de barres
Résistance
de tronçon
R(mΩ)
Réactance
par
tronçon
X(mΩ) à
50Hz
Résistance
cumulées
Rc(mΩ)
Réactance
cumulée
Xc(mΩ) à
50Hz
Courant
de courtcircuit
Icc(kA)
Longueur 8m
Câble
100m de câble
tripolaire
de
95mm2 cu
Câbles
terminal
35m de câble
tripolaire
10mm2 cu
EXERCICE 16 :
On se propose d’étudier l’installation électrique d’une station de pompage d’eau brute composée
d’équipements suivants :
EQUIPEMENTS
Pm
(kW)
η
cosϕ
Tensio
n
Type de démarrage
Id/In
(%)
(V)
Moteur pompe 1.1 : (P1.1)
90
0,92
0,87
400
Etoile-Triangle
2,4
Moteur pompe 1.2 : (P1.2)
90
0,92
0,87
400
Etoile-Triangle
2,4
TD Installation BT/Master I
29
Moteur pompe 1.3 : (P1.3)
90
0,92
0,87
400
Etoile-Triangle
2,4
Moteur pompe 2.1 : (P2.1)
275
0,92
0,9
400
Electronique
2,5
Moteur pompe 2.2 : (P2.2)
275
0,92
0,9
400
Electronique
2,5
Compresseur d’air
1,5
0,83
0,79
400
Direct
6
4
0,83
0,83
400
Direct
6
Degrilleur automatique
La station de pompage fonctionne suivant les régimes ci-dessous :
Régime 1 :
•
Deux pompes parmi les pompes P1.1, P1.2 et P1.3 fonctionnent simultanément
pendant les périodes de faible demande
Régime 2 :
•
La pompe P2.1 ou P2.2 fonctionne seule pendant les périodes de forte demande
Quelque soit le régime de fonctionnement, le compresseur d’air et le dégrileur automatique
peuvent être sollicités. La station est alimentée par un transformateur HT/BT. Le régime de
liaison à la terre est IT.
Questions :
1) Le schéma de liaison à la terre IT est-il adéquat à une telle installation ? Réponse à
justifier.
2) Dresser le schéma unifilaire de l’installation depuis la source d’énergie jusqu’aux
récepteurs, les composants de « départ moteur » ne seront pas à représentés.
3) Etablir le bilan de puissance et choisir le transformateur
Sachant que les différentes liaisons ont les caractéristiques données dans le tableau ci-dessous
et que la protection des différentes liaisons est assurée par disjoncteur:
Liaison
Transformateur - TGBT
TGBT – Pompe 1 (régime 1)
Longueur Conditions de pose
(m)
30
20
Le câble est du type U1000 R02V enterré sous
conduit, sol normal, température du sol 25°C
Câble multipolaire U1000-R02V posé
jointivement avec un autre circuit sur une
tablette perforée en deux couches, température
ambiante 35°C
Câble unipolaire U1000-R02V posé seul dans
un caniveau ventilé, température ambiante 35°C
TD Installation BT/Master I
30
TGBT – Pompe 2 (régime 2)
15
4) Déterminer la section des câbles des liaisons figurant sur le tableau ci-dessus,
5) Vérifier la contrainte limite de chute de tension en régime permanent des pompes P1.1 et P2.1
et adapter la section des câbles si nécessaire.
6) Etudier le système de compensation en énergie réactive de la station de pompage de façon à
obtenir un facteur de puissance ≥ 0,95 quelque soit le régime de fonctionnement. Donner la
puissance minimale de la batterie ou des batteries de condensateurs nécessaire(s) pour
atteindre cet objectif.
Exercice 17 :
Soit à comparer deux installations triphasées par des sources d’énergie à puissance égales à 160 KVA
sous 380V.
Caractéristiques
Installation A
Installation B
Puissance active consommée (kW)
90
90
0,6
0,9
Q=P
(Kvar)
Puissance apparente consommée
Reserve de puissance
Intensité consommée(A)
1) Calculer les données manquantes
2) Analyser le service rendu dans les deux cas
3) Quelles sont les inconvénients du mauvais
dans les deux cas suivant :
a)En investissement b)en exploitation . Conclure
EXERCICE 18:
Un câble polyéthylène réticulé (PR) triphasé + neutre (circuit 2, à calculer) est posé à 25 cm d’un
autre circuit (circuit 1) dans des fourreaux enterrés, dans un sol humide dont la température est 25 °C.
Le câble véhicule 58 ampères par phase. On considère que le neutre n’est pas chargé. Calculer la
section de câble pour la protection faite par un fusible et un disjoncteur.
TD Installation BT/Master I
31
EXERCICE 19: installation électrique d’une usine de fabrication de parpaings
Une usine de fabrication de parpaings grosse consommatrice d’énergie est constituée de
quatre parties (A,B,C,D) représentées par le schéma électrique de la figure suivante
Partie A : malaxage du produit
= 100
;
0,6;
0,7
Partie B : fabrication des parpaings
60
;
0,8;
0,7
Partie C : palettisation
20
;
0,8;
0,75
Partie D : besoins divers
10
;
0,8;
TD Installation BT/Master I
0,9
32
Fonctionnement de l’installation
Les quatre parties sont alimentées en triphasé, par une cabine de transformation HTA/BT
(20kV/400V), appartenant à l’entreprise. Ces parties fonctionnent dans les conditions
suivantes : Coefficient de simultanéité 1, coefficient d’utilisation 0,8.
Durant les périodes d’hiver, la durée de séchage des parpaings augmente, ce qui provoque un
ralentissement de la fabrication. Pour pallier cet inconvénient, le responsable de la fabrication
décide de chauffer les 20 travées de séchage. il fait installer dans chacune d’elles 3
résistances de 3kW/400V. La mise en route du séchage se fait uniquement pendant 4mois
pour le reste de l’année. Il peut y avoir un appel sporadique de 5kVA sur la partie D. l’usine
fonctionne 240 heures par mois pendant 12mois.
1) Calculer la puissance apparente de transformateur HTA/BT nécessaire au
fonctionnement des parties (A,B,C et divers), effectuer le choix du transformateur.
2) Déterminer la puissance réactive qui permettrait de relever le cosφ la partie A à 0,86
de. Effectuer le choix d’une batterie de condensateur capable de fournir cette
puissance réactive.
3) Apres installation de la batterie de condensateurs, calculer à nouveau la puissance
apparente du transformateur HTA/BT.
4) Calculer la puissance apparente supplémentaire nécessaire au chauffage de la partie
(D) :
Avec les résistances couplées en étoile
Avec les résistances couplées en triangle
5) Le responsable de fabrication a le choix de faire installer un transformateur de
500kVA ou deux transformateurs en parallèle : un de 315kVA pour les partie (A,B,C)
et un de 250kVA pour la partie D ce dernier travaillant seulement pendant quatre mois
de l’année. En vous aidant du tableau des caractéristiques électriques des
transformateurs comparer les pertes électriques
Exercice :20
Distribution basse tension d’un atelier de production : On donne le schéma unifilaire de
l’atelier.
TD Installation BT/Master I
33
Le transformateur HT/BT est un transformateur client (poste privé) et la tension entre 2
phases au secondaire est de 410 V.
Le choix de la nature des câbles (en cuivre) s’est porté sur le polyéthylène réticulé.
La température ambiante est de 40 ° C.
Le câble C1 est formé de 3 câbles mono conducteurs (considérés ici comme 3 circuits
distincts) posés sur un chemin de câble perforé.
Longueur du câble C1 = 80 m, longueur du câble C2 = 55 m, longueur de la ligne L1
= 25 m.
1) La puissance du transformateur triphasé étant de 160 kVA, calculer la valeur du
courant nominal fourni au secondaire (prendre cette valeur pour le choix des éléments
suivants).
2) Calculer le courant équivalent I’Z afin de choisir la canalisation C1 en aval du
transformateur.
3) Choisir en justifiant la démarche la section de la canalisation C1.
4) Préciser la valeur de la résistance et la valeur de la réactance de la canalisation C1.
5) Calculer la valeur de la chute de tension en régime permanent provoquée par C1
(calcul à exprimer en V et en %).
6) On considère que l’intensité nominale du moteur est de 137,5 A. La canalisation C2 et
la ligne L1 sont choisies avec les mêmes caractéristiques que la canalisation C1.
Calculer le courant équivalent I’Z permettant de choisir la canalisation C2.
7) Choisir en justifiant la démarche, la section de la canalisation C2.
8) Préciser la valeur de la résistance et la valeur de la réactance de la canalisation C2.
9) Calculer la chute de tension en régime permanent provoquée par cette canalisation
TD Installation BT/Master I
34
(calcul à exprimer en V et en %).
10) Le courant équivalent calculé précédemment étant le même pour la ligne L1, on
obtient la même section pour cette ligne. Préciser alors la valeur de la résistance et la
valeur de la réactance de la ligne L1.
11) Calculer la chute de tension en régime permanent provoquée par la ligne L1. Donner à
présent, la nouvelle valeur en % de la chute de tension totale en ligne. Vérifier la
compatibilité avec la norme de la chute de tension totale en ligne dans le cas le plus
défavorable.
12) A partir de tous les éléments précédemment calculés, on cherche à définir les courants
de court-circuit pour le choix du disjoncteur Q1. Les données à prendre en compte
pour le calcul des courants de court-circuit sont :
a) La résistance et la réactance (ramenées au secondaire du transformateur) du réseau
amont. Ici, la puissance de court-circuit du réseau amont est de 500 MVA.
b) La résistance et la réactance (ramenées au secondaire) d’une phase du
transformateur.
c) La résistance et la réactance par phase de chaque ligne ou câble d’alimentation.
12.1 – A partir des tableaux récapitulatifs, déterminer les valeurs des résistances et
réactances du réseau amont et du transformateur ramenées au secondaire.
12.2 – Présenter sous forme de tableau les résultats de calcul concernant :
- la résistance de chaque élément (réseau, transformateur et câbles) la réactance de
chaque élément.
12.3 – Calculer la valeur la valeur du court-circuit vis-à-vis du disjoncteur Q1.
12.4 – Calculer la valeur du courant de court-circuit dans le câble C1 lors d’un courtcircuit triphasé à l’entrée du moteur M1.
PROBLÈME N°1 :
CARACTÉRISATION ET UTILISATION DE TRANSFORMATEUR INDUSTRIEL, MISE
EN PARALLÈLE DE TRANSFORMATEURS
On s’intéresse dans ce problème au choix et à la caractérisation d’un transformateur triphasé MT/BT
utilisé pour alimenter en énergie électrique un site de production industrielle. Ce site qui comprend
plusieurs parcs de machines et des installations électriques classiques, est alimenté, c’est classique
pour les gros consommateurs d’électricité, à partir du réseau moyenne tension (MT) comme le
représente le schéma de la figure 7. On notera de façon conventionnelle les phases du primaire du
transformateur A, B, C et les phases du secondaire a,b,c. On notera également de manière
conventionnelle les tensions simples V (qu’elles soient réelles ou fictives) et les tensions composées
U.
TD Installation BT/Master I
35
Figure 7 :
L’ensemble des récepteurs électriques du site consomme théoriquement, à plein régime, une puissance
de 780 kW avec un facteur de puissance toujours supérieur à 0,8. On supposera dans tout le problème
que la charge est équilibrée. Pour le constructeur du transformateur, l’application concernée
correspond à une famille de transformateurs dont la documentation est fournie en cours . L’objet de ce
problème est de faire le choix du transformateur approprié et d’en caractériser les défauts pour
éventuellement faire évoluer l’alimentation du site ultérieurement.
Partie 1 : Choix du modèle et aspects pratiques
1) À partir de la valeur de la puissance maximale qui est susceptible d’être consommée, choisir le
modèle du transformateur dans la documentation fournie en annexe.
2)
Justifier les indications « Triphasé trois fils » et « Triphasé quatre fils » indiquées sur la figure
précedente
3) Représenter sur un schéma le couplage des phases primaires et secondaires du transformateur
triphasé. Justifier le choix de ce couplage.
4) Représenter sur un diagramme vectoriel sans échelle les tensions simples (réelles ou fictives)
du primaire et du secondaire. Noter alors le déphasage qui existe entre deux tensions
analogues et justifier l’appellation Dyn11 lue dans la documentation.
5)
Pourquoi est-il important de noter ces déphasages ?
6) Que représente le « régime nominal » du transformateur ? Quelles sont les seules données
nominales directement exploitables précisées dans la documentation ?
Partie 2 : Utilisation des données de la documentation et caractérisation des défauts
Dans cette partie, l’objectif est de calculer les valeurs des éléments du schéma équivalent monophasé
du transformateur. Pour plus de commodité on indexera les grandeurs du primaire 1 et celles du
secondaire 2. Le schéma utilisé est représenté sur la figure 9. Le transformateur considéré dans la
documentation est naturellement celui correspondant au choix de la question 1 et partie 1
TD Installation BT/Master I
36
Figure 9 :
1) Quelles sont les valeurs des tensions nominales primaires et secondaires pour cosϕ =1 ? On
notera ces grandeurs V1n et V2n? Calculer alors dans ces conditions la valeur des courants
nominaux primaire et secondaire : I1n et I2n.
2) Comment calcule-t-on la valeur des éléments donnés en pourcentages dans la documentation ?
3) Justifier brièvement la présence des divers éléments du schéma équivalent.
4) À partir de la valeur de la tension secondaire à vide relevée dans la documentation, calculer la
valeur du rapport de transformation : m.
5) Quelle est la valeur du courant à vide ? Quelle est, sur le schéma équivalent, la valeur du
courant à vide correspondant (qu’on notera I10)?
6)
Quelle est la valeur de la puissance consommée à vide ? Calculer alors les valeurs de Rf et Lµ
7)
La tension de court-circuit correspond à la tension à appliquer au primaire lorsque le
secondaire est court-circuité pour débiter le courant nominal. Utiliser cette donnée pour
trouver une relation reliant r2et l2
8) En considérant le cas d’une charge présentant un facteur de puissance unitaire, représenter
toutes les grandeurs du transformateur sur un diagramme de Fresnel sans échelle.
9) En utilisant la donnée de la chute de tension en charge, calculer alors les valeurs de r2et l2
10) Y a-t-il un moyen plus simple de résoudre la question précédente ? Si oui vérifier la
concordance des résultats (on considèrera le cas à 120 °C).
11) Pour valider le schéma équivalent, calculer la chute de tension théorique correspondant à une
charge de facteur de puissance 0,8 AR (pour la commodité du calcul on négligera la résistance
r2). Comparer le résultat avec la documentation.
12) Calculer également le rendement théorique à 100 % de charge pour cosϕ =1 Comparer avec la
documentation et conclure.
13) Calculer pour finir le facteur de puissance total de l’installation pour une charge de facteur de
puissance égal à 0,8. Conclure.
Partie 3 : Mise en parallèle de deux transformateurs identiques
TD Installation BT/Master I
37
Dans l’optique d’un agrandissement futur du site, on veut pouvoir doubler le parc de machines et donc
pratiquement doubler la consommation du site. On se propose ainsi d’acheter initialement deux
transformateurs (choisis à la question 1 partie 1) et de les placer en parallèle sur le réseau. Deux
stratégies s’offrent ensuite :
Stratégie n° 1 : Mettre les deux secondaires en parallèle et faire débiter les deux
transformateurs sur l’ensemble des charges.
Stratégie n° 2 : Connecter les nouvelles charges uniquement sur le deuxième transformateur
après avoir assuré la pleine charge du premier.
1) Calculer le rendement d’un des transformateurs à 50 % de sa charge (pour une charge de cosϕ
=0,8).
2) Représenter le schéma de l’installation correspondant à la stratégie n° 1.
3)
Quel serait le rendement global de la stratégie n° 1pour une charge totale correspondant à 1,5
fois la charge maximale d’un des deux transformateurs (toujours pour une charge de cosϕ
=0,8).
4) Représenter le schéma de l’installation correspondant à la stratégie n° 2.
5) Quel serait le rendement global de la stratégie n° 2 pour une charge totale correspondant à 1,5
fois la charge maximale d’un des deux transformateurs (toujours pour une charge de cosϕ
=0,8).
6) Quels seraient les problèmes supplémentaires posés par la stratégie n° 2? n’y a-t-il pas une
autre stratégie possible ?
7)
À partir du schéma correspondant à la stratégie n° 1, déduire le schéma équivalent (analogue
à celui de la figure 3.2) de l’installation.
8) Quel serait le rendement correspondant à l’utilisation d’un transformateur de 2 000 kVA pour
la même charge que dans les questions précédentes ?
9) Conclure sur la stratégie à adopter.
TD Installation BT/Master I
38